https://www.cinam.univ-mrs.fr/cinam/team/theorie-et-simulation-numerique/

1. Département
Théorie et Simulation Numérique
Claudio Attaccalite
Centre Interdisciplinaire de Nanosciences de Marseille
CNRS and Aix-Marseille Université
Marseille, FRANCE
CINaM - Journée du Laboratoire 1

2. CINaM – Cinq départements scientifiques
8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 2
Chimistes organiciens.
Synthèse à l’interface
chimie-physique-
biologie.
Physiciens.
Recherche fondamentale
et développement de
matériaux innovants.
20 30
Physiciens.
Sources d’ions et
électrons.
Cristallisation en milieu
confinée.
7 9
Physiciens.
Biophysique et bio-
ingénierie.
Recherche à l’Interface
avec la biologie.
10
Théoriciens !

3. Département théorie et simulation numérique
Céline Varvenne
Claudio Attaccalite
Christine Mottet
Hansi Weissker
Philippe Marsal
Guy Tréglia Andrés Saul
Christophe Bichara
Tom Swinburne
Aix-Marseille
Université
CNRS
Aurelien Manchon

4. Département théorie et simulation numérique
PhD
students
Abdelhay Zair
Alessandra Delmasto
Post-docs
Armando Pezo Petr Grigorev
Julien Leveque
Pierre Lechifflart
Diego Garcia Ovalle
Sally Issa Karim Hakim
Khaoula Boukari
Ingénieure
CNRS

5. Activités de recherche : très générale
8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 5
• Physique de la matière condensée, science des matériaux, physique des solides.
• Propriétés magnétiques, électroniques, optiques, de transport électronique et de spin.
Propriétés structurales, chimiques, élastiques, cinétiques, …. et …. ses leurs interactions.
• L’échelle spatiale est atomistique.
• Les échelles temporelles sont atto, femto, pico, nano-seconds puis … si nécessaire, on essaye
de remonter.
• La plupart de nos projets concernent l’étude de « systèmes réels ».
• Souvent nous travaillons en collaboration avec d’éxpérimentateurs du laboratoire ou à
l’extérieur.

6. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 6
Activité de recherche
Matériaux pour le nucléaire. Alliages à haute entropie.
Quantification d'incertitudes dans la modélisation atomistique.
Modèles énergétiques à partir de la structure électronique en Liaisons fortes.
Metropolis Monte-Carlo.
Guy Tréglia
Gainage Zr(H)
Fragilisation par hydruration
H interstitiel dans le Zr
• Utiliser la DFT pour paramétriser un Hamiltonien TB
• Utiliser l’Hamiltonien TB pour calculer les
paramètres d’un développement en amas (CEM).
• Utiliser le CEM pour obtenir le diagramme de
phases.
Coll. : Fabienne Ribeiro (IRSN)

7. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 7
Activité de recherche
Synthèse de nanostructures de carbone. Compréhension des mécanismes de
croissance des nanotubes de carbone en vue d'un contrôle de la sélectivité chirale.
Interactions décrites par un Hamiltonien en liaisons fortes.
Metropolis Monte Carlo et Monte Carlo Cinétique
Christophe Bichara
Croissance de nanotubes de C
Control de la sélectivité
• Les nanotubes mono-paroi
sont semiconducteurs ou
métalliques selon leur
chiralité : (n,m)
Zig-zag : (n,0)
Armchair : (n,n)
Chiral : (n,m)
Monte-Carlo
Grand Canonique
Tight Binding model for
Ni + C

8. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 8
Activité de recherche
Structure et ordre chimique de nano-alliages (agrégats bimétalliques).
Propriétés d'équilibre en température. Cinétique de croissance et vieillissement
dans les conditions d'usage.
Interactions décrites par des potentielles semi-empiriques.
Dynamique moléculaire. Metropolis Monte-Carlo et Monte Carlo Cinétique.
Christine Mottet
Co-Pt
Volume tendance à l’ordre
Agrégats sur un réseau fcc
Pd-Au
Volume tendance à l’ordre
Agrégats icosaédriques (impossible 3D)
Effet de taille finie sur l’ordre
alliage ≠ nanoalliage ?
• Potentielles semi-
empiriques construits à
partir des données
expérimentales et calculs
DFT.
• Simulations Metropolis
Monte Carlo

9. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 9
Activité de recherche
-
Découvrir les mécanismes par lesquels les défauts étendus et ponctuels évoluent
et affectent les propriétés des matériaux.
Dynamique Moléculaire. Monte Carlo Cinétique. The « Tom Swinburne’s method ».
Tom Swinburne
Evolution temporelle de
structures complexes.
La Méthode (TAMMBER)
• Etats et probabilités de transition
du kMC obtenus par un algorithme
autonome.
• Optimisation des ressources de
calcul « on the fly ». Parallèle.
• Quantification des incertitudes
(états ou transitions non trouvés).

10. 10
Activité de recherche
Calculs des propriétés électroniques et optiques de nanostructures, notamment
d'agrégats métalliques.
Théorie de la Fonctionnelle de la Densité Dépendante du Temps (TD-DFT).
Hansi Weissker
Propriétés optiques d’agrégats
• Agrégats d’Au « protégés » par des
ligands.
• Influence de la conjugaison sur les
propriétés optiques.
• Absorption obtenue par TF de
l’évolution de la densité de charge.
• Analyse de la contribution locale
de chaque mode.

11. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 11
Activité de recherche
Propriétés optiques, états excités, luminescence,
dynamique électronique. Développement de code open-source.
Théorie de la Fonctionnelle de la Densité Dépendante du Temps (TD-DFT) :
réponse linéal et temps réel. GW et Bethe-Salpeter pour les états excités.
Claudio Attaccalite
électrons phonons
Spectre de luminescence
Luminescence assistée par
phonons
Application à hBN
• Émetteur plutôt efficace dans
l’ultraviolet malgré son gap
indirect. Comparable aux
systèmes avec un gap direct.
• Méthode qui prenne en compte
les interactions électron-true
(NEGF et TDPT) et électron-
phonon (différences finies).
Coll. : Elena Cannuccia PIIM)

12. Activité de recherche
8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 12
Propriétés magnétiques de systèmes de basse dimensionalité.
Couplages magnétoélastiques et magnétoélectriques
Théorie de la Fonctionnelle de la densité (DFT). Hamiltoniens modèle.
Diagonalisation exacte. Metropolis Monte-Carlo.
Andrés Saul
Couplage magnéto-élastique dans
un système magnétique 2d
• Certains modes Raman du
système magnétique MnPS3 sont
sensibles à l’ordre magnétique.
• Les calculs des interactions
effectives d’échange et des
modes de phonons actifs Raman
permettent de comprendre la
raison.
Ag mode 153.6 cm-1
Le mouvement modifie l’angle de
superéchange premiers voisins.
6 modes
normaux
Raman vs T
2 modes
« anormaux »
Raman vs T
Coll. : Bénoit Grémaud (CPT)

13. Activité de recherche
8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 13
Propriétés élastiques des alliages à haute entropie. Quantification d'incertitudes
dans la modélisation atomistique.
Céline Varvenne
Alliages à
haute entropie
=
multicomposants à forte concentration
Très bonnes propriétés :
◼
Mécaniques (basse et haute température)
◼
Résistance aux dommages d’irradiations
◼
Résistance à la corrosion


14. Activité de recherche
8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 14
Transport électronique dans des multicouches de matériaux magnétiques,
bidimensionnels et topologiques. Phénomènes physiques émergeant à l'échelle
nanométrique pouvant être utilisées dans des composants en spintroniques.
Hamiltoniens modèle. Théorie de la Fonctionnelle de la densité (DFT).
Liaisons fortes. Fonctionnes de Wannier. Fonctionnes de Green. Keldish.
Aurelien Manchon

15. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 15
Cluster de calcul du département
14 machines de bureau avec 1 CPU/machine
Grâce à une politique soutenue de partage de moyens
120 machines de calcul occupant 5 racks au TPR1
2180 cœurs (calcul séquentiel et parallèle)
2021
2004
Khaoula Boukari
Grâce au travail d’un Ingénieur dédié
400 k€ pour le remplacer : financé par nos contrats (20-40 k€/ANR)

16. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 16
Merci pour votre attention
Merci !!!

17. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 17
Activité scientifique
La particularité principale de notre travail est que
tous nos projets concernent l’étude de « systèmes réels ».
Il est donc relativement naturel qu’on travail
en étroite collaboration avec des expérimentateurs.
Nos travaux peuvent se séparer en trois groupes

18. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 18
1. Théorie + expérience

19. 8 Octobre 2021 CINaM - Journée du Laboratoire 19
2. Seulement théorique
Les nanotubes mono-paroi sont
semiconducteurs ou métalliques selon leur
chiralité : (n,m)
Zig-zag : (n,0) Armchair : (n,n)
Chiral : (n,m)
Modèle théorique pour expliquer comment la
chiralité est gouvernée par les énergies
interfaciales et la température.