Excitations électroniques et phononiques au cours de réaction d'abstraction diatomiques de surfaces métalliques

Phonon and electron excitations in diatom abstraction from metallic surfaces

• Auteur / Autrice : Oihana Galparsoro Larraza
• Direction : Pascal Larrégaray, Maite Alducin Ochoa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 14/12/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Universidad del País Vasco
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Geert-Jan Kroes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Larrégaray, Maite Alducin Ochoa, Geert-Jan Kroes, Pablo Gamallo Belmonte, Jesús Rubayo Soneira, Ricardo Diez Muino, Bernard Pons
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pablo Gamallo Belmonte, Jesús Rubayo Soneira

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tungstène

Hydrogène

Azote

Excitation électronique

Chimie des atomes chauds

Théorie de la fonctionnelle de densité

Interactions plasma-paroi

Recombinaison Eley-Rideal

Chimie des surfaces

Mots clés libres

Simulations de dynamique quasi-classique

Recombinaison Eley- Rideal et « atomes chauds »

Excitations électroniques et phononiques

Azote

Hydrogène

Tungstène

Interface gaz-solide

Quasiclassical dynamics simulations

Eley-Rideal and Hot-Atom recombination

Energy dissipation

Phonon and electron excitations

Nitrogen

Hydrogen

Tungsten

Gas-solid interface

Résumé

La rationalisation des processus chimiques élémentaires aux surfacesest d'intérêt primordial pour de nombreux phénomènes naturels ou d'intérêttechnologique. D'un point de vue fondamental, la façon dont l'énergie, concomitanteà toute réaction chimique, est distribuée parmi les degrés de liberté des moléculesformées et/ou transférée à la surface est loin d'être systématisée. Dans ce travail,des simulations, reposant sur la méthode des trajectoires quasi-classiques (QCT),sont réalisées pour examiner cette problématique lors de recombinaisons demolécules d'hydrogène (H2) et d'azote (N2) résultant de l'abstraction d'atomesadsorbés via collision par un atome provenant de la phase gazeuse sur des surfacesde Tungstène - W(100) et W(110) - à taux de couverture non nul. Ces processussont ici étudiés pour leur intérêt en physique des interactions plasma-paroi. Dessurfaces d'énergie potentielle, construites à partir de calculs de structure électroniquebasés sur la théorie de la fonctionnelle densité (DFT), sont utilisées pour simuler,dans le cadre de la mécanique classique - incluant les corrections semi-classiquespertinentes - les processus ultrarapides dit de "Eley-Rideal" et par "atomes-chauds"(sub-picoseconde). La mise en place de modèle effectifs, pour tenir compte de ladissipation de l'énergie aux phonons de la surface et aux excitations électroniques(paires électron-trou), permet de rationaliser la dynamique non-adiabatique del'abstraction atomique aux surfaces métalliques.

The rationalization of elementary processes at surfaces is of prime importance for numerous natural and technological areas. From a fundamental pointof view, the way the energy concomitant to any chemical reaction is distributed among the desorbing molecules degrees-of-freedom and the surface is far frombeing fully pictured. In this work, quasiclassical molecular dynamics (QCT)simulations have been carried out to investigate this issue for the recombination ofH2 and N2 resulting from atomic adsorbate abstraction by atom scattering off theW(100) and W(110) covered surfaces, these processes being of relevance inplasma-wall interactions. Potential energy surfaces, built from density functional(DFT) theory calculations, have been used to simulate, within the framework ofclassical dynamics (including semi-classical corrections), the subpicosecond Eley-Rideal and Hot-Atom processes. The implementation of effective models to accountfor energy dissipation to surface phonons and electron-hole pair excitations, have allowed to rationalize the non-adidabatic dynamics of atom abstraction at metalsurfaces.