Simulations Numériques Multi-échelles

Objectifs scientifiques

  • Interprétation microscopique des observations expérimentales
  • Caractérisation « in-silico » des matériaux
  • Prédiction (numérique) des propriétés des matériaux

Les membres

Irena DEROCHE
Maître de Conférences
Co-animatrice
➜ CV

Marie-Christine HANF
Maître de Conférences
➜ CV

Louise STAUFFER
Professeur émérite
➜ CV

Philippe SONNET
Professeur
Co-animateur
➜ CV

Regis STEPHAN
Maître de Conférences
➜ CV

Thèmes de recherche

Cristaux 2D (silicène, germanène…) : structure électronique et leur fonctionnalisation

R. Stephan, M.-C. Hanf, Ph. Sonnet*

*Contact : philippe.sonnet@uha.fr

Nous étudions les propriétés structurales et électroniques du silicène et du germanène supportés, et plus particulièrement leur interface avec un substrat. L’objectif est de découpler électroniquement le cristal 2D de son support, afin d’atteindre ses propriétés intrinsèques. Nous avons également réalisé les premières études de la chimisorption (cycloaddition) de molécules organiques de différentes tailles sur du silicène supporté.

Publications :

R. Stephan, M.-C. Hanf, P. Sonnet J. Phys Cond. Mat., 27, 015002 (2015) DOI :10.1088/0953-8984/27/1/015002
M. Derivaz, D. Dentel, R. Stephan, M.-C. Hanf, A. Mehdaoui, P. Sonnet, C. Pirri Nano Lett., 15(4), 2510-2516 (2015) DOI :10.1021/acs.nanolett.5b00085
R. Stephan, M.-C. Hanf, Ph. Sonnet Phys. Chem. Chem. Phys.  17, 14495 (2015) DOI :10.1039/C5CP00613A
R. Stephan, M.-C. Hanf, P. Sonnet J. Chem. Phys., 143, 154706 (2015) DOI :10.1063/1.4933369
R. Stephan, M.C. Hanf, M. Derivaz, D. Dentel, M.C. Asensio, J. Avila, A. Mehdaoui, P. Sonnet, C. Pirri J. Phys. Chem. C 120 (3), 1580-1585 (2016) DOI :10.1021/acs.jpcc.5b10307
A. Marjaoui, R. Stephan, M.C. Hanf, M. Diani, P. Sonnet Phys. Chem. Chem. Phys., 18 , 15667-15672 (2016) DOI :10.1039/C6CP01906D
A. Marjaoui, R. Stephan, M.C. Hanf, M. Diani, P. Sonnet J. Chem. Phys., 147, 044705 (2017) DOI :10.1063/1.4995438
R. Stephan, M. Derivaz, M.C. Hanf, D. Dentel, N. Massara, A. Mehdaoui, Ph. Sonnet, C. Pirri J. Phys. Chem. Lett. , 8 (18), 4587-4593 (2017) DOI :10.1021/acs.jpclett.7b02137

Molécules sur graphène et flocons de graphène pour la vectorisation : propriétés électroniques et optiques

L. Stauffer, Ph. Sonnet*

*Contact : philippe.sonnet@uha.fr

Des simulations d’un flocon de graphène comme nanovecteur de molécule à caractère photothérapeutique ont été effectuées. Ainsi, des calculs quantiques et classiques nous ont permis de montrer qu’une molécule photosensible associée à un flocon de graphène reste localisée près des membranes cellulaires sur une durée plus longue qu’une molécule isolée.

Publications :

E. Duverger, F. Picaud, L. Stauffer, Ph. Sonnet Accepted in ACS Appl. Mater. Interfaces (2017)
DOI : 10.1021/acsami.7b09054

Matériaux microporeux (zéolithes, répliques carbonées, MOFs) : étude de leur stabilité et modélisation de leur propriétés d’adsorption

I.Déroche*, R.Stephan, M.-C.Hanf, Ph.Sonnet

* Contact : irena.deroche@uha.fr

Dans cette thématique, nous étudions la stabilité de nouveaux matériaux microporeux ainsi que la modélisation de certaines propriétés comme l’adsorption de molécules mais également leur diffusion dans ces matériaux. Ainsi nous avons mis en évidence l’influence des cations Na+, compensateurs de charge, sur les propriétés d’adsorption des aromatiques polychlorés dans les zéolithes de type faujasite par des simulations moléculaires quantique et classique, combinées judicieusement.

Reprinted from Microporous and Mesoporous Materials, Volume 251, J.Randrianandraina, I.Deroche, R.Stephan, M.-C.Hanf, Ph.Sonnet, Bis-chlorinated aromatics adsorption in Faujasites investigated by molecular simulation-influence of Na+ cation Pages 1387-1811 Copyright (2017) with permission from Elsevier. DOI : 10.1016/j.micromeso.2017.05.046

Publications :

J. Randrianandraina, I. Deroche, R. Stephan, M.-C. Hanf and Ph. Sonnet Microporous and Mesoporous Materials , 251, 83-93 (2017) DOI : 10.1016/j.micromeso.2017.05.046
J. Randrianandraina, I. Deroche, L. Bullot, R. Stephan, M.-C. Hanf, G.Chaplais, T.J. Daou, A. Simon-Masseron, J.Patarin and Ph. Sonnet J. Phys. Chem. C 122, 12731−12741 (2018) DOI : 10.1021/acs.jpcc.8b02115

Boites quantiques à l’échelle atomique sur surface Si(001) hydrogénée

L. Stauffer, Ph. Sonnet*

*Contact : philippe.sonnet@uha.fr

L’étude et le contrôle des propriétés des boites quantiques à l’échelle atomique telles que les liaisons pendantes sur une surface de type Si(001) hydrogénée est réalisée en collaboration avec des spécialistes de STM basse température. Les propriétés des liaisons pendantes permettent d’étudier différents processus à l’échelle du nanomètre comme des interrupteurs atomiques, le stockage d’une charge électrique…

Publications :

M. Yengui, E. Duverger, Ph. Sonnet and D. Riedel, Nature Communication 8, 2211 (2017) DOI : 10.1038/s41467-017-02377-4

A. Bellec, L. Chaput, G. Dujardin, D. Riedel, L. Stauffer  and Ph. Sonnet, Phys. Rev. B 88, 241406 (2013)   DOI : 10.1103/PhysRevB.88.241406

A. Bellec, D. Riedel, G. Dujardin, O. Bodrioua, L. Chaput, L. Stauffer et Ph. Sonnet, Phys. Rev. Lett. 105, 048302 (2010) DOI : 10.1103/PhysRevLett.105.048302

A. Bellec, D. Riedel, G. Dujardin, O. Bodrioua, L. Chaput, L. Stauffer et Ph. Sonnet, Phys. Rev. B 80, 245434 (2009) 80, 245434  (2009)  DOI : 10.1103/PhysRevB.80.245434

Adsorption de molécules de grande taille sur semiconducteur à grand gap (SiC)

L. Stauffer, Ph. Sonnet*

*Contact : philippe.sonnet@uha.fr

Nous étudions, par DFT, l’adsorption de molécule unique de grande taille sur le carbure de silicium, tel que le SiC(0001)3x3, en collaboration avec des expérimentateurs spécialistes de STM. Nousavons pu montrer qu’il est possible d’adsorber une molécule de grande taille sur SiC par cyclo-addition. Ces travaux ont également mis en évidence un paradoxe : même si la molécule est chimisorbée sur la surface, celle–ci reste, en partie, électroniquement découplée du substrat.

Publications :

Ph. Sonnet, L. Stauffer, M. Gille, D. Bléger, S. Hecht, C. Cejas, G. Dujardin and A.J. Mayne, ChemPhysChem 17, 3900 (2016) 17, 3900 (2016)   DOI : 10.1002/cphc.201600764

T. Ovramenko, F. Spillebout, F.C. Bocquet, A.J. Mayne, G. Dujardin, Ph. Sonnet, L. Stauffer, J.-M. Themlin, Phys. Rev. B  87, 155421 (2013) DOI : 10.1103/PhysRevB.87.155421

H. Yang, O. Boudrioua, A. Mayne, G. Comtet, G. Dujardin, Y. Kuk, Ph. Sonnet, L. Stauffer, S. Nagarajan, A. Gourdon, Phys. Chem. Chem. Phys. 14 , 1700 (2012) DOI : 10.1039/C2CP23104B

O. Boudrioua, H. Yang, Ph. Sonnet, L. Stauffer, A. Mayne, G. Comtet, G. Dujardin, Y. Kuk, S. Nagarajan, A. Gourdon, E. Duverger, Phys. Rev. B 85, 035423 (2012) ,035423 (2012) DOI : 10.1103/PhysRevB.85.035423

G. Baffou, A.J. Mayne, G. Comtet, G. Dujardin, L. Stauffer and  Ph. Sonnet,  J. Am. Chem. Soc. 131, 3210 (2009) DOI : 10.1021/ja806002k

G. Baffou, A. Mayne, G. Comtet, G. Dujardin, Ph. Sonnet, L. Stauffer,  Appl.  Phys. Lett. 91, 073101 (2007) DOI : 10.1063/1.2769761

Molécules sur surface de silicium : de l’interaction d’une molécule isolée à l’organisation d’un tapis moléculaire

M.-C. Hanf, R.Stephan, Ph. Sonnet*

*Contact : philippe.sonnet@uha.fr

Nous nous intéressons dans cette thématique à l’interaction d’une molécule unique avec un substrat à base de silicium mais également à la formation de couche moléculaire 2D auto-organisée. Dans le but de réaliser des réseaux supramoléculaires 3D, nous avons montré par des calculs quantiques que les molécules de C60 peuvent être utilisées pour faire le lien entre deux couches moléculaires auto-organisées.

Publications :

K. Boukari, E. Duverger, R. Stephan, M.-C. Hanf, Ph. Sonnet Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 14722 (2014) DOI :10.1039/C4CP01677G
K. Boukari, E. Duverger, M.-C. Hanf, R. Stephan, P. Sonnet Chem. Phys. Lett, 615, 117-123 (2014) DOI :10.1016/j.cplett.2014.10.005
H. Labidi, Ph. Sonnet, D. Riedel, J. Phys. Chem C 117, 13663 (2013) DOI :10.1021/jp4025014
D. Riedel, ML Bocquet, H. Lesnard, M. Lastapis, N.Lorente, Ph. Sonnet and G. Dujardin J. Am. Chem. Soc 131, 7344-7352 (2009) DOI :10.1021/ja8101133
D. Riedel, M. Cranney, M. Martin, R. Guillory, G. Dujardin, M. Dubois et Ph. Sonnet J. Am. Chem. Soc 131, 5414-5423 (2009)  DOI10.1021/ja807498v

Liste des équipements spécifiques

Nous disposons à l’Institut d’un cluster de calcul (50 nœuds). La plupart des calculs sont effectués au Mésocentre Régional (Centre de Calcul de Haute Performance de Strasbourg) et dans des Centres Nationaux (Institut du Développement et des Ressources en Informatique Scientifique).

Principales collaborations

Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (France)

Institut FEMTO-ST (Montbéliard, France)

Laboratoire de Nanomédecine, Imagerie et Thérapeutiques (Besançon, France)

Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (Marseille, France)

CEMES (Toulouse, France)

Laboratoire des matériaux et valorisation des ressources  de l’Université Abdelmalek ESSAADI (Tanger-Maroc)