Dynamique quantique et contrôle par laser pour la photochimie

Quantum dynamics and laser control for photochemistry

• Auteur / Autrice : Matthieu Sala
• Direction : Stéphane Guérin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - physique
• Date : Soutenance le 08/04/2015
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Fabien Gatti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hans Rudolf Jauslin, Helen Fielding, Rebeca De Nalda Minguez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Osman Atabek, Graham A. Worth

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet tunnel

Stark, Effet

Floquet, Théorie de

Hartree-Fock, Méthode d'approximation

Femtochimie

Intersections coniques

Théorie quantique

Dynamique moléculaire

Mots clés libres

Dynamique moléculaire quantique

Intersections coniques

Femtochimie

Multi-configuration time-dependent Hartree

Contrôle par laser

Théorie de Floquet

Effet Stark dynamique

Effet tunnel

Molecular quantum dynamics

Conical intersections

Femtochemistry

Multi-configuration time-dependent Hartree

Laser control

Floquet theory

Stark effect

Tunneling effect

Résumé

Cette thèse porte sur la description théorique de processus dynamiques ultra-rapides de molécules polyatomiques et de leur contrôle par impulsions laser. Nous avons d’abord étudié la photochimie de l’aniline à l’aide de calculs de structure électronique. Nous avons d´écrit plusieurs régions clé des surfaces d’énergie potentielle et analysé ces résultats en relation avec les données expérimentales existantes. La photochimie de la pyrazine a été étudiée par des calculs de dynamiques quantique basés sur un Hamiltonien modèle incluant les quatre états électroniques excités de plus basse énergie et seize modes de vibration. Nous montrons que l’état sombre Au(nπ∗) joue un rôle important dans la dynamique de la molécule après photo-excitation. Un modèle simplifié à deux états et quatre modes a été utilisé pour étudier le contrôle par laser de la dynamique de la pyrazine photo-excitée. Nous proposons un mécanisme visant à augmenter la durée de vie de l’état B2u(ππ∗) en utilisant l’effet Stark induit par une impulsion laser intense non-résonante.

The central subject of this thesis is the theoretical description of ultrafast dynamical processes in molecular systems of chemical interest and of their control by laser pulses. We first use electronic structure calculations to study the photochemistry of aniline. A umber of previously unknown features of the potential energy surfaces of the low-lying elec-tronic states are reported, and analyzed in relation with the experimental results available. We use quantum dynamics simulations, based on a model Hamiltonian including the four lowest excited electronic states and sixteen vibrational modes, to investigate the photochem-istry of pyrazine. We show that the dark Au(nπ∗) state plays an important role in the ultrafast dynamics of the molecule after photoexcitation. The laser control of the excited state dynamics of pyrazine is studied using a simplified two-state four-mode model Hamiltonian. We propose a control mechanism to enhance the lifetime of the bright B2u(ππ∗) state using the Stark effect induced by a strong non-resonant laser pulse. We finally focus on the laser control of the tunneling dynamics of the NHD2 molecule, using accurate full-dimensional potential energy and dipole moment surfaces. We use simple effective Hamiltonians to explore the effect of the laser parameters on the dynamics and design suitable laser fields to achieve the control. These laser fields are then used in MCTDH quantum dynamics simulations. Both enhancement and suppression of tunneling are achieved in our model.