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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
Maîtresse 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 :

M.-C. Hanf, D. Sciacca, R. Bernard, Y. Borensztein, A. Resta, Y. Garreau, A. Vlad, A. Coati, I. Lefebvre, M. Derivaz, C. Pirri, P. Sonnet, R. Stephan, and G. Prévot Phys. Rev. B 106, 045412 2022 DOI : 10.1103/PhysRevB.106.045412
K. Zhang, D. Sciacca, M.-C. Hanf, R. Bernard, Y. Borensztein, A. Resta, Y. Garreau, A. Vlad, A. Coati, I. Lefebvre, M. Derivaz, C. Pirri, P. Sonnet, R. Stephan, and G. Prévot Phys. Chem. C, 125 (44) 24702–24709 2021 DOI :10.1021/acs.jpcc.1c07585
MC Hanf, A Marjaoui, R Stephan, M Zanouni, M Diani, P Sonnet J. Phys. : Condens. Matter 32 195503 2020 DOI : 10.1088/1361-648X/ab6ae8
N. Massara, A. Marjaoui, R. Stephan, M-C Hanf, M. Derivaz, D. Dentel, S. Hajjar-Garreau, A. Mehdaoui, M. Diani, P. Sonnet and C. Pirri 2D Mater. 6 035016 2019 DOI : 10.1088/2053-1583/ab1601
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
A. Marjaoui, R. Stephan, M.C. Hanf, M. Diani, P. Sonnet J. Chem. Phys., 147, 044705 2017 DOI :10.1063/1.4995438
A. Marjaoui, R. Stephan, M.C. Hanf, M. Diani, P. Sonnet Phys. Chem. Chem. Phys., 18 , 15667-15672 2016 DOI :10.1039/C6CP01906D
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
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

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 :

T.Ammouli, J.-L. Paillaud, H. Nouali, R. Stephan, M.-C. Hanf, Ph. Sonnet and I.Deroche J. Phys. Chem. C 125 (35) 19405–19416 2021 DOI : 10.1021/acs.jpcc.1c03593
I. Deroche, J. Daou, C. Picard, B. Coasne Nature Communications 10, 4642, 2019 DOI : 10.1038/s41467-019-12418-9
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
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

Adsorption de molécules de grande taille sur semiconducteur à grand gap (SiC), ou couche mince isolante

L. Stauffer, R.Stephan, M.-C. Hanf, 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, ou sur CaF2/Si(100), en collaboration avec des expérimentateurs spécialistes de STM. Nous avons 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 :

E.Duverger, A.-G. Boyer, H. Sauriat-Dorizon, Ph.Sonnet, R. Stephan, M.-C. Hanf, D. Riedel, ACS Appl. Mater. Interfaces 12,  29661 2020 DOI : 10.1021/acsami.0c06631
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

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 :

F. Picaud, E. Duverger, L. Stauffer, Ph. Sonnet, Strucural Chemistry 31, 1935 2020 DOI : 10.1007/s11224-020-01551-7
E. Duverger, F. Picaud, L. Stauffer, Ph. Sonnet, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 37554 2017 DOI : 10.1021/acsami.7b09054

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

Molécules ou atomes sur surface de silicium

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 :

M.Yengui, E.Duverger, Ph.Sonnet and D.Riedel J. Phys. Chem. C , 123, 43, 26415–26423 2019 DOI : 10.1021/acs.jpcc.9b07951
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

Liste des équipements spécifiques

Notre activité est réalisée grâce à un équipement propre (lames hébergées au Mésocentre Régional (Centre de Calcul de Haute Performance de Strasbourg)) ou via des réponses à AAP ( Centre de Calcul de Haute Performance de Strasbourg ou 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)

Institut des NanoSciences de Paris (France)

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