Méthodes de dynamique quantique ultrarapide basées sur la propagation de trajectoires

Trajectory-based methods for the study of ultrafast quantum dynamics

• Auteur / Autrice : Lidice Cruz Rodriguez
• Direction : Christoph Meier, Llinersy Uranga-Piña
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 11/12/2018
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (Toulouse ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie quantique

Mots clés libres

Dynamique quantique

Molécules

Processus ultrarapides

Quantum Dynamics

Molecules

Ultrafast processes

Résumé

Dans cette thèse, différentes méthodes de dynamique quantique basées sur la propagation de trajectoires sont développées. La première approche consiste en une développer global des champs hydrodynamiques sur une base de polynômes de Chebyshev. Ce schéma est utilisé pour étudier la dynamique vibrationnelle unidimensionnelle de paquets d'ondes dans des potentiels harmoniques et anharmoniques. Par la suite, une méthodologie différente est développée, qui, à partir d'un paramétrage précédemment proposé pour la densité quantique, permet de construire des potentiels d'interaction effectifs entre les pseudo-particules représentant la densité. Dans le cadre de cette approche, plusieurs problèmes de modélisation sont étudiés et des effets quantiques importants sont décrits, tels que l'énergie de point zéro, l'effet tunnel, la diffusion et la réflexion sur une barrière. La même approximation est utilisée pour l'étude de l'ionisation des atomes par laser. Dans une troisième approche, un potentiel quantique approximatif à plusieurs corps est dérivé pour décrire des matrices d'argon et de krypton contenant une impureté de sodium. Il est obtenu en proposant un ansatz approprié pour la fonction d'onde de l'état fondamental du solide. Le potentiel est utilisé dans les simulations de dynamique moléculaire pour obtenir les spectres d'absorption de l'atome de Na isolé dans les matrices cryogéniques.

In this thesis different trajectory-based methods for the study of quantum mechanical phenomena are developed. The first approach is based on a global expansion of the hydrodynamic fields in Chebyshev polynomials. The scheme is used for the study of one-dimensional vibrational dynamics of bound wave packets in harmonic and anharmonic potentials. Furthermore, a different methodology is developed, which, starting from a parametrization previously proposed for the density, allows the construction of effective interaction potentials between the pseudo-particles representing the density. Within this approach several model problems are studied and important quantum mechanical effects such as, zero point energy, tunneling, barrier scattering and over barrier reflection are founded to be correctly described by the ensemble of interacting trajectories. The same approximation is used for study the laser-driven atom ionization. A third approach considered in this work consists in the derivation of an approximate many-body quantum potential for cryogenic Ar and Kr matrices with an embedded Na impurity. To this end, a suitable ansatz for the ground state wave function of the solid is proposed. This allows to construct an approximate quantum potential which is employed in molecular dynamics simulations to obtain the absorption spectra of the Na impurity isolated in the rare gas matrix.