Modélisation numérique d'agrégats de sodium en matrice d'argon

Numerical modelisation of sodium clusters in argon matrix

• Auteur / Autrice : Gaspard Bousquet
• Direction : Éric Suraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul adaptatif

Problème à N corps

Polarisation spontanée

Électrons -- Distribution

Dynamique moléculaire

Argon

Agrégats (cristallographie)

Mots clés libres

Agrégats

Problème à N corps

Tddft

Tdlda

Polarisation dynamique

Insertion

Dépôt

Résumé

Cette thèse présente un modèle hiérarchique pour la description d'agrégats de sodium en présence d'un environnement d'argon, éventuellement soumis à un champ électromagnétique. L'objectif étant de pouvoir simuler numériquement des situations statiques aussi bien que de longues dynamiques (plusieurs ps), différents degrés de précision sont utilisés pour chaque partie du système : quantique, via la TDDFT dans l'approximation de la densité locale (LDA), pour les électrons de valence du sodium ; classique (dynamique moléculaire) pour les ions Na+ et les atomes d'argon. Les deux descriptions sont reliées l'une à l'autre à l'aide de pseudopotentiels. Un degré de liberté supplémentaire est phénoménologiquement alloué à chacun de ces derniers afin de tenir compte dynamiquement de leur polarisabilité. Les paramètres de ce modèle sont ajustés pour reproduire des données expérimentales sur le dimère NaAr et sur l'argon solide. Les études menées sur l'insertion d'un atome de sodium dans un agrégat d'argon et son dépôt sur l'agrégat d'argon montrent des variations importantes dans l'évolution des propriétés de l'électron de valence de Na avec le nombre total d'atome Ar, et plus précisément avec l'environnement immédiat de Na. Le rôle de l'isomérie, particulièrement pour les petites tailles, est ainsi mis en évidence. Enfin, les simulations de dépôt dynamique d'un système de sodium (Na, Na+, Na2+, Na6, Na7, Na8) sur un agrégat d'argon révèlent l'importance relative des paramètres de la collision (énergie cinétique initiale octroyée à Na, taille et géométrie des systèmes, charge positive. . . ), collision se concluant soit par le collage de Na sur Ar soit par la destruction de l'agrégat d'argon.

This thesis details a hierarchical model for the description of sodium clusters in contact with an environment of argon, eventually submitted to an electromagnetic field. The differents parts of the system are treated with various levels of precision, so that simulations of static situations as well as long dynamics (several ps) are numerically reachable. A quantum description, the so-called time-dependent density functionnal theory (TDDFT) with the local density approximation (LDA), is used for the valence electrons of Na atoms. The Na+ ions and the Ar atoms are described by a classical molecular dynamics. A phenomenological degree of freedom is added to each Ar atom to account dynamically for their polarizability. The dimer NaAr and the solid argon serves as a benchmark for the fit of the parameters in the model. The study of a single Na atom insertion in an Ar cluster, as well as the deposition of this atom on an Ar cluster, shows large variations in the evolution of the properties of the Na valence electron with increasing total number of Ar atoms, and more precisely with the neighbourhood of Na. The role of the isomerism is then demonstrated, especially for small systems. Finally, simulations of the dynamical deposition of sodium systems (Na, Na+, Na2+, Na6, Na7, Na8) on an argon cluster reveal the relative dependence of the reaction on the parameters of the collision (initial kinetic energy of Na, size and structure of the systems, positive charge,. . . ), ending either by the attachment of Na on Ar or the destruction of the Ar cluster.