Publications

2010

• Quasiparticle Scattering Induced by Charge Doping of Iron-Pnictide Superconductors Probed by Collective Vortex Pinning
  
  • van Der Beek Cornelis Jacominus
  • Konczykowski Marcin
  • Kasahara Shigeru
  • Terashima Takahito
  • Okazaki Ryuji
  • Shibauchi Takasada
  • Matsuda Yuji
  Physical Review Letters, American Physical Society, 2010, 105, pp.267002. Charge doping of iron-pnictide superconductors leads to collective pinning of flux vortices, whereas isovalent doping does not. Moreover, flux pinning in the charge-doped compounds is consistently described by the mean-free path fluctuations introduced by the dopant atoms, allowing for the extraction of the elastic quasiparticle scattering rate. The absence of scattering by dopant atoms in isovalently doped BaFe2(As_1-x P_x)_2 is consistent with the observation of a linear temperature dependence of the low-temperature penetration depth in this material. (10.1103/PhysRevLett.105.267002)
  DOI : 10.1103/PhysRevLett.105.267002
• Pink Noise of Ionic Conductance through Single Artificial Nanopore Revisted
  
  • Tasserit Christophe
  • Koutsioubas Alexandros
  • Lairez Didier
  • Zalczer Gilbert
  • Clochard M.C.
  Physical Review Letters, American Physical Society, 2010, 105 (26), pp.2600602-1. We report voltage-clamp measurements through single conical nanopore obtained by chemical etching of a single ion track in polyimide film. Special attention is paid to the pink noise of the ionic current (i.e., 1=f noise) measured with different filling liquids. The relative pink-noise amplitude is almost independent of concentration and pH for KCl solutions, but varies strongly using ionic liquids. In particular, we show that depending on the ionic liquid, the transport of charge carriers is strongly facilitated (low noise and higher conductivity than in the bulk) or jammed. These results show that the origin of the pink noise can be ascribed neither to fluctuations of the pore geometry nor to the pore wall charges, but rather to a cooperative effect on ions motion in confined geometry. (10.1103/PhysRevLettt.105.260602)
  DOI : 10.1103/PhysRevLettt.105.260602
• Theory and ab-initio calculations of collective excitations in nanostructures: towards spatially-resolved EELS
  
  • Hambach Ralf
  , 2010. In this thesis, collective excitations of carbon systems with different dimensionality have been studied both theoretically and numerically. First, a method combining effective medium theory and ab-initio calculations has been developed which allows to describe the collective excitations of nanostructures (like carbon nanotubes) starting from the polarisability of their building blocks (graphene). In contrast to standard dielectric theory, the Maxwell equations are solved for the full frequency- and momentum-dependent microscopic dielectric function ε(q,q',ω) of the bulk material. The latter is calculated from first-principles within the Random Phase Approximation. Second, this method has been applied to calculate electron-energy loss spectra (EELS) for graphene and single-wall carbon nanotubes (SWCNT). The results are in good agreement with full ab-initio calculations of these systems and corresponding experiments. The linear dispersion of the π plasmon in graphene and SWCNTs has been analysed and explained. The directional dependence of the electron energy-loss spectra of SWCNTs is understood in terms of its normal mode excitations. Third, the use of ab-initio calculations for the prediction of spatially-resolved EELS is discussed. Therefore, the mixed dynamic form factor has been studied and a discontinuous behavior at certain Bragg reflections is predicted. This effect has been explained in terms of crystal local field effects and verified by IXS experiments on graphite and silicon. Finally, the building block approach is applied for spatially-resolved EELS.
• Short -and long- term performances of extrudable reactive powder concretes
  
  • Cherkaoui Khalid
  • Mounanga Pierre
  • Khelidj Abdelhafid
  • Auvray Loïc
  • Courtial Mireille
  • Dunstetter Frederic
  • de Noirfontaine Marie-Noëlle
  , 2010, pp.1-8. The results of an experimental study on the mix design and the characterization of extrudable reactive powder concrete (ERPC) are presented. Five concrete mixes were prepared with variable amounts of polycarboxylate superplasticizer (SP), silica fume (SF) and crushed quartz (CQ). The extrudability of the ERPC was first demonstrated through extrusion tests performed with a ram extruder at different compression speeds. Then, the influence of the dosages in SP, SF and CQ on early-age hydration rate, autogenous shrinkage, 28-days mechanical performances, gas permeability, total porosity and chloride penetration rate was quantified. The increase in SP dosage caused a retardation of hydration and an increase of early-age autogenous shrinkage. Moreover, the partial substitution of silica fume with crushed quartz had a positive effect on hydration rate, autogenous shrinkage and mechanical properties. This result was mainly attributed to a higher amount of water available for cement hydration, induced by the coarser particle size distribution of crushed quartz as compared with silica fume.
• Evolution physico-chimique de verres de terres-rares altérés par lixiviation et radiolyse
  
  • Pellerin N.
  • Hiet J.
  • Simon P.
  • Allix M.
  • Corbel C.
  • Massiot D.
  , 2010.
• Divalent Europium in beta irradiated aluminoborosilicate glass
  
  • Malchukova Evguenia
  • Boizot Bruno
  Journal of the American Ceramic Society, Wiley, 2010, 93 (12), pp.4005-4007. The reduction processes of Eu3+ ions in aluminoborosilicate glasses were studied using both high-temperature melting in air and b-irradiation by time-resolved luminescence and electron paramagnetic resonance spectroscopies. The Eu2+ ions produced during the synthesis are characterized by the UV excited broadband luminescence in the blue region due to the 4f 65d1–4f7 transition. This band revealed the presence more than one Eu2+ site participating in the emission with different crystalline fields and with different covalency of surrounding ligands. In irradiated glasses, the observed redshift of the Eu2+ emission band is related to the different relative proportion between Eu2+ sites. (10.1111/j.1551-2916.2010.04209.x)
  DOI : 10.1111/j.1551-2916.2010.04209.x
• Understanding the redox-induced polymer grafting process: a dual surface-solution analysis
  
  • Mesnage Alice
  • Esnouf Stéphane
  • Jégou Pascale
  • Deniau Guy
  • Palacin Serge
  Chemistry of Materials, American Chemical Society, 2010, 22, pp.6229-6239. (10.1021/cm1014702)
  DOI : 10.1021/cm1014702
• Band structures of delafossite transparent conductive oxides from a self-consistent GW approach
  
  • Trani Fabio
  • Vidal Julien
  • Botti Silvana
  • Marques Miguel A. L.
  Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2010, 82, pp.085115. (10.1103/PhysRevB.82.085115)
  DOI : 10.1103/PhysRevB.82.085115
• Significant Reduction of Electronic Correlations upon Isovalent Ru Substitution of BaFe 2 As 2
  
  • Brouet V.
  • Rullier-Albenque F.
  • Marsi M.
  • Mansart B.
  • Aichhorn M.
  • Biermann S.
  • Faure J.
  • Perfetti L.
  • Taleb-Ibrahimi A.
  • Le Fèvre P.
  • Bertran F.
  • Forget A.
  • Colson D.
  Physical Review Letters, American Physical Society, 2010, 105 (8), pp.087001. (10.1103/PhysRevLett.105.087001)
  DOI : 10.1103/PhysRevLett.105.087001
• First-Order Transition in the Magnetic Vortex Matter in Superconducting MgB2 Tuned by Disorder
  
  • Klein Thierry
  • Marlaud R.
  • Marcenat C.
  • Cercellier Hervé
  • Konczykowski M.
  • J. van Der Beek C.
  • Mosser V.
  • S. Lee H.
  • I. Lee S.
  Physical Review Letters, American Physical Society, 2010, 105, pp.047001. The field-driven transition from an ordered Bragg glass to a disordered vortex phase in singlecrystalline MgB2 is tuned by an increasing density of point defects, introduced by electron irradiation. The discontinuity observed in magnetization attests to the first-order nature of the transition. The temperature and defect density dependences of the transition field point to vortex pinning mediated by fluctuations in the quasiparticle mean free path, and reveal the mechanism of the transition in the absence of complicating factors such as layeredness or thermal fluctuations. (10.1103/PhysRevLett.105.047001)
  DOI : 10.1103/PhysRevLett.105.047001
• Ab initio calculations of electronic excitations: Collapsing spectral sums
  
  • Berger Arjan
  • Reining Lucia
  • Sottile Francesco
  Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2010, 82, pp.041103(R). We present a method for the evaluation of electronic excitations of advanced materials by reformulating spectral sum-over-states expressions such that only occupied states appear. All empty states are accounted for by one effective energy. Thus we keep the simplicity and precision of the sum-over-states approach while speeding up calculations by more than an order of magnitude. We demonstrate its power by applying it to the GW method, where a huge summation over empty states appears twice (screening and self-energy). The precision is shown for bulk Si and solid and atomic Ar. We then use it to determine the band gap of the technologically important oxide SnO2. (10.1103/PhysRevB.82.041103)
  DOI : 10.1103/PhysRevB.82.041103
• A MODEL SYSTEM TO GIVE AN INSIGHT INTO THE BEHAVIOUR OF GOLD NANOPARTICLES UNDER ION IRRADIATION
  
  • Ramjauny Yaasiin
  , 2010. Nanocomposites fabricated with ion-based techniques have a number of attractive characteristics. However, the main and most crucial diculty in obtaining commercial NPs-based devices is the inability to produce a suitable narrow size and spatial NP distributions. The objective of this thesis is twofold: i) to go further in the description of the behavior of the ion-driven NPs and ii) to overcome the limitations related to the ion-beam techniques providing a guideline methodology to rationalize the synthesis of NPs when ion-beams are used. Thus, a model system is fabricated. It consists of chemically synthesized metallic nanoparticles sandwiched between two silica layers. We show how the ion irradiation and the temperature can be used to tune the size distribution of the embedded NPs. Moreover, we show that when an initially large NPs size distribution is considered, the study of the growth kinetic of the NPs under irradiation can be problematic. Our model system is than used to investigate in detail the behavior of the NPs under irradiation. We show that the evolution of the precipitate phase under irradiation is successfully described by an Ostwald ripening mechanism in an open system limited by the diusion. Moreover, the concentration threshold for nucleation as well as the surface tension and the gold diusivity in silica under irradiation is estimated. Finally, direct and inverse Ostwald ripening processes under irradiation are systematically investigated and the existing theoretical models experimentally checked.
• Early-age volume changes of Extrudable Reactive Powder Concrete
  
  • Cherkaoui Khalid
  • Courtial Mireille
  • Dunstetter Frederic
  • Khelidj Abdelhafid
  • Mounanga Pierre
  • de Noirfontaine Marie-Noëlle
  , 2010, 6, pp.23005. This article presents a study on the early-age autogenous deformations of Extrudable Reactive Powder Concretes (ERPCs), especially designed for the making of concrete pipes by extrusion. Different ERPC mixtures, with variable amounts of polycarboxylate superplasticizer (SP), have been investigated. Results on 28-day mechanical properties, early-age hydration rate, autogenous shrinkage and premature cracking risk are analyzed and discussed in relation with the ERPC mix parameters. (10.1051/epjconf/20100623005)
  DOI : 10.1051/epjconf/20100623005
• Synthesis of powellite-rich glasses for high level waste immobilization
  
  • Taurines Tatiana
  • Boizot Bruno
  , 2011, 357 (14), pp.2723-2725. Increasing amounts of MoO3 were added to SiO2-B2O3-Na2O-CaO-Al2O3 glasses in order to trap molybdenum as powellite (nominally CaMoO4). Different heat treatments were performed to study their influences on powellite crystallization by X-ray diffraction and EPR. The glass compositions studied in this work lead to glass-ceramics rich in CaMoO4, up to [MoO3] = 5 mol% no poorly durable Na2MoO4 phase was identified by XRD. Trivalent actinides surrogates (Gd3+) were observed to incorporate into CaMoO4 crystals. (10.1016/j.jnoncrysol.2011.02.024)
  DOI : 10.1016/j.jnoncrysol.2011.02.024
• Ti3+ production under ionizing radiation in aluminoborosilicate glasses studied by EPR spectroscopy
  
  • Lombard Pierre
  • Ollier Nadège
  • Boizot Bruno
  , 2011, 357 (14), pp.2719-2722. Reduction processes under irradiation of Ti4+ ions in aluminoborosilicate glasses have been studied by EPR spectroscopy at 20 K. Different parameters like the [Na]/[Ti] ratio and the integrated dose were analyzed in this work. Simulation of the Ti3+ ion EPR spectra has shown three different Ti3+ environment attributed to one [VI]Ti3+ and two [V]Ti3+ environment (square pyramid and trigonal bi-pyramid). The [VI]Ti3+ ion environment is observed only for higher [Na]/[Ti] ratios although the two others are observed for all values of the [Na]/[Ti] ratio considered. (10.1016/j.jnoncrysol.2010.12.070)
  DOI : 10.1016/j.jnoncrysol.2010.12.070
• Rare earth influence on structural modifications of alpha irradiated and leached aluminosilicate glasses
  
  • Pellerin N.
  • Simon P.
  • Corbel C.
  • Massiot D.
  , 2010.
• Theoretical intrinsic lifetime limit of shallow donor states in silicon
  
  • Tyuterev V.
  • Sjakste Jelena
  • Vast Nathalie
  Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2010, 81, pp.245212. The intrinsic lifetime of the 2p(0) shallow impurity state in silicon doped with P, As, Sb, or Bi has been computed by combining matrix elements of the electron-phonon coupling within the density-functional perturbation theory, with the envelope function approximation for the impurity wave functions. The theoretical lifetime due to the electronic interaction with intervalley phonons has been found to be 1.1 ns for P-doped silicon, and this theoretical limit is much longer than has been previously believed for the last five decades. (10.1103/PhysRevB.81.245212)
  DOI : 10.1103/PhysRevB.81.245212
• Ab initio Calculations of the Electronic Properties of CuIn(S,Se)2 and other Materials for Photovoltaic Applications
  
  • Vidal Julien
  , 2010. In the first chapter of this thesis, we will present the principle of PV solar cells with a special emphasis on the CIS absorber. In the second and third chapter, we will describe the methods we used to treat the many body problem. Finally, in the last chapter, we will apply methods presented in chapter 2 and 3 to CIS and pay a particular attention to the dependence of the bandgap on the anion displacement and the concentration of defects.
• Simulation à l'échelle atomique de la croissance de couches d'oxydes de métaux à la surface d'un substrat monocristallin
  
  • Antoshchenkova Ekaterina
  , 2010. Nous avons réalisé la simulation numérique de la croissance homoépitaxiale de couches d'oxyde de magnésium. Nous avons construit un modèle de la croissance complet et réaliste avec la prise en compte de nombreux phénomènes élémentaires. Nous avons également étudié l'influence de ces phénomènes sur la morphologie et l'épaisseur des couches obtenues. La diffusion de surface a fait l'objet d'une attention particulière : diffusion des molécules de MgO et des lacunes de magnésium et d'oxygène. Le défaut de Schottky a été étudié en simulation par Dynamique Moléculaire à la surface MgO{100} et au bord d'une marche monoatomique <100>. Les enthalpies de formation calculées augmentent de manière monotone avec la distance entre les lacunes cationique et anionique, en surface ou au bord de la marche, comme en volume. La configuration la plus stable du défaut de Schottky est la bilacune au bord de la marche. Le mécanisme de migration a été élucidé et un état intermédiaire a été identifié. Les enthalpies d'activation associées ont été déterminées dans l'intervalle de températures 700 K-1100 K. Les lacunes de magnésium et d'oxygène sont très mobiles et peuvent jouer un rôle au cours de la croissance cristalline. Nous avons développé un code de Monte Carlo Cinétique (MCC), qui fait appel aux résultats de l'étude du défaut de Schottky et a donc rassemblé la diffusion des lacunes et la diffusion des molécules dans le modèle de la croissance. Cela nous a permis d'obtenir des résultats inaccessibles par d'autres méthodes. En effet, le MCC est efficace quand cohabitent des événements rapides comme la diffusion et des événements lents comme le dépôt des molécules. Nous avons utilisé ce code pour simuler la croissance homoépitaxiale de MgO{100}. Nous avons porté notre attention sur le rôle de chaque type de diffusion et sur la contribution de chaque mécanisme à la qualité des couches obtenues. Nous avons mis en évidence que, pour obtenir des surfaces lisses, il faut prendre en compte l'ensemble des mécanismes de diffusion. Nous avons montré que la diffusion des lacunes joue un rôle important dans la croissance des couches de MgO. La présence simultanée dans le modéle de la diffusion des molécules et de la diffusion des lacunes donne des couches minces de meilleure qualité. La croissance se fait couche par couche, en accord avec les données expérimentales. La valeur de la rugosité de 0.4 ± 0.1 nm dans l'intervalle de températures de 700 K-1100 K est compatible avec les résultats expérimentaux de Chambers et al..
• Reduction of Eu3+ to Eu2+ in aluminoborosilicate glasses under ionizing radiation
  
  • Malchukova Evguenia
  • Boizot Bruno
  Materials Research Bulletin, Elsevier, 2010, 45 (9), pp.1299-1303. Eu2O3-doped aluminoborosilicate glasses were prepared by melting in air at high temperature (1500 8C). It was shown by luminescence and Electron Paramagnetic Resonance (EPR) measurements that both Eu3+ and Eu2+ ions can exist simultaneously in the glass matrix studied after glass synthesis as well as after exposure to ionizing radiation. Increase of total Eu2O3 concentration leads to the increase of Eu3+ luminescence intensity while the luminescence intensity of Eu2+ ions tends to decrease. In contrast the EPR indicates that the amount of Eu2+ ions in the glass increases with total Eu2O3 concentration. The difference in the results of the two spectroscopies is explained in terms of energy transfer from Eu2+ to Eu3+ leading to an Eu2+ luminescence quenching. Irradiation results in the increase of reduced Eu2+ quantity detected by EPR measurements. It was shown that Eu2+ ions are located in both high (g 4.6) and low symmetry (‘‘U' spectrum) sites in the structure of aluminoborosilicate glasses. The increase of Eu2+ content by the increase of the irradiation dose manifests the strong reduction process Eu3+!Eu2+. (10.1016/j.materresbull.2010.04.027)
  DOI : 10.1016/j.materresbull.2010.04.027
• Flux pinning in PrFeAsO0.9 and NdFeAsO0.9F0.1 superconducting crystals
  
  • van Der Beek Cornelis
  • Rizza Giancarlo
  • Konczykowski Marcin
  • Fertey Pierre
  • Monnet Isabelle
  • Klein Thierry
  • Okazaki Ryuji
  • Ishikado Motoyuki
  • Kito Hijiri
  • Iyo Akira
  • Eisaki Hiroshi
  • Shamoto Shin-Ichi
  • Tillman Matthew
  • Bud'Ko Serguey
  • Canfield Paul C.
  • Shibauchi Takasada
  • Matsuda Yuji
  Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2010, 81, pp.174517. Local magnetic measurements are used to quantitatively characterize heterogeneity and flux line pinning in PrFeAsO_1-y and NdFeAs(O,F) superconducting single crystals. In spite of spatial fluctuations of the critical current density on the macroscopic scale, it is shown that the major contribution comes from collective pinning of vortex lines by microscopic defects by the mean-free path fluctuation mechanism. The defect density extracted from experiment corresponds to the dopant atom density, which means that dopant atoms play an important role both in vortex pinning and in quasiparticle scattering. In the studied underdoped PrFeAsO_1-y and NdFeAs(O,F) crystals, there is a background of strong pinning, which we attribute to spatial variations of the dopant atom density on the scale of a few dozen to one hundred nm. These variations do not go beyond 5 % - we therefore do not find any evidence for coexistence of the superconducting and the antiferromagnetic phase. The critical current density in sub-T fields is characterized by the presence of a peak effect, the location of which in the (B,T)--plane is consistent with an order-disorder transition of the vortex lattice. (10.1103/PhysRevB.81.174517)
  DOI : 10.1103/PhysRevB.81.174517
• Electronic excitations in complex systems: beyond density functional theory for real materials
  
  • Botti Silvana
  , 2010. Aujourd'hui il est possible d'étudier à partir des premier principes la réponse sous excitation de matériaux utilisés dans des applications modernes très variés. En effet, grâce à de récents développements théoriques, ainsi qu'à l'optimisation des algorithmes de calcul, les simulations ab initio ne sont plus seulement limitées à des systèmes idéaux simplifiés, mais elles ont finalement l'ambition de capturer toute la complexité de l'échantillon testé dans l'expérience. Dans ce contexte, ce mémoire porte sur l'étude, à l'aide de différentes approches ab initio, des excitations électroniques dans une gamme de matériaux complexes et nanostructurés. Pour accéder aux excitations électroniques, la connaissance de la densité de l'état fondamental du système n'est plus suffisante, ce qui signifie que l'on doit trouver le moyen approprié d'aller au-delà de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) standard. Deux voies ont été intensivement explorées: l'une est basée sur la densité dépendante du temps et l'autre sur les fonctions de Green. La théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) a été proposée en 1984 par Runge et Gross, qui ont dérivé un théorème du type Hohenberg-Kohn pour l'équation de Schrödinger en fonction du temps. Le champ d'application de cette généralisation de la théorie de la fonctionnelle de la densité inclut le calcul des spectres de photo-absorption ou, plus généralement, l'étude de l'interaction de la matière avec des champs électromagnétiques ou des particules qui la perturbent. À présent, l'application la plus populaire de cette théorie est l'extraction des propriétés de l'état électronique excité, et en particulier des fréquences d'excitation électroniques. En appliquant la TDDFT, après avoir déterminé l'état fondamental d'une molécule ou un agrégat, nous pouvons explorer et comprendre son spectre d'absorption, ayant en même temps des informations extrêmement détaillées sur le comportement du système excité. La complexité du problème à plusieurs corps en TDDFT est cachée dans le potentiel d'échange et de corrélation dépendant du temps qui apparaît dans les équations de Kohn- Sham et pour lequel il est primordial de trouver une bonne approximation. Beaucoup d'approximations ont été proposées et testées pour les systèmes finis, où même la très simple approximation TDLDA a souvent donné de très bons résultats. En général, les approximations existantes pour la fonctionnelle d'échange et corrélation fonctionnent assez bien pour certaines propriétés, mais elles se montrent insuffisantes pour d'autres. Dans le cas des matériaux solides, la TDDLA ne parvient pas à reproduire les spectres d'absorption optique, qui sont par contre bien décrits par la résolution de l'équation de Bethe-Salpeter en combinaison avec l'approximation GW pour les états de quasi-électron. D'autre part, la TDLDA peut déjà conduire à des résultats excellents pour la fonction de perte d'énergie d'un solide. La solution de l'équation de Bethe-Salpeter est beaucoup plus onéreuse du point de vue numérique. Ainsi, on poursuit encore la recherche d'approximations fiables en TDDFT, et au fil du temps, on espère atteindre la même maturité qu'on trouve maintenant dans la DFT pour l'état fondamental. En particulier, de nouvelles perspectives (et ses limites) ont étés révélées pendant ces dernières années grâce à la combinaison de deux théories distinctes : la TDDFT et l'approche des fonctions de Green (dont l'approximation GW et l'équation de Bethe- Salpeter font partie). Ces deux approches peuvent partager dans la pratique le point de départ commun de la théorie de la fonctionnelle de la densité pour le calcul de l'état fondamental électronique. Leur combinaison permet d'allier la simplicité de l'une (TDDFT) avec la précision de l'autre (GW et Bethe-Salpeter), afin d'en déduire des noyaux d'échange et de corrélation pour les solides. À partir de ces noyaux nous avons aussi travaillé sur le développement de noyaux modèles pour des applications efficaces à des systèmes de grande taille. Le présent mémoire contient une vue d'ensemble relativement condensée de la TDDFT et des approches basées sur la théorie des fonctions de Green, avec des applications aux domaines des nanotechnologies, aux matériaux photovoltaïques et au stockage de données. Ces applications ont constitué notre principal sujet de recherche au cours des dernières années. Ce mémoire est organisée comme suit. Avant d'entrer dans le domaine des approches pour les états excités, nous donnons dans le chapitre 1 un bref aperçu des idées de base de la DFT pour l'état fondamental, ce qui nous permet d'expliquer pourquoi il faut aller au-delà de la DFT standard, d'introduire quelques concepts-clés et de fixer la notation de base qui sera utilisée dans ce mémoire. Les chapitres suivants font un point sur la théorie formelle, avec une brève présentation des approches théoriques utilisées pour étudier les excitations électroniques: le chapitre 2 est dédié aux approches GW et à l'équation de Bethe-Salpeter, tandis que la TDDFT et la théorie de la réponse linéaire sont décrites dans le chapitre 3. Les noyaux dérivés à partir de l'équation de Bethe-Salpeter et notre travail sur les noyaux modèles sont discutés dans le chapitre 4. Le chapitre 5 contient des applications de la TDDFT dans le domaine de la réponse linéaire aux nanostructures. L'objectif principal est d'obtenir des spectres fiables (en général des spectres d'absorption) à partir de calculs de premiers principes. En comparant ces spectres avec des courbes expérimentales, on peut normalement déduire des informations importantes qui ne sont pas directement accessibles dans les expériences. D'autre part, la connaissance détaillée des propriétés d'excitation électronique contribue à une meilleure compréhension de la physique de ces systèmes dans leur généralité. Le chapitre 6 présente des applications à des matériaux solides d'intérêt technologique. En particulier, nous nous sommes intéressé aux propriétés optiques des matériaux à changement de phase, utilisés dans le DVD re-inscriptibles, ainsi que aux états électroniques des absorbeurs et des oxydes transparents conducteurs pour les cellules solaires à couches minces. Le chapitre 7 est dédié aux cruciales interactions de van der Waals et au calcul – via la TDDFT – des paramètres qui les décrivent. Nous discutons à la fois des interactions entre deux agrégats, et entre un agrégat et une surface semi-conductrice. Le dernier chapitre 8 fait le point sur les résultats de notre réflexion.
• Nonlinear Optical Properties of Ni(Me6pzS2)MX (M = Ni, Pd, Pt; X = Me2timdt, mnt)
  
  • Romaniello Pina
  • d'Andria M. C.
  • Lelj F.
  Journal of Physical Chemistry A, American Chemical Society, 2010, 114 (18), pp.5838–5845. In this work we investigate the second-order response of complexes of formula Ni(Me6pzS2)MX (M = Ni, Pd, Pt; X = Me2timdt (monoanion of N,N′-disubstituted imidazolidine-2,4,5-trithione), mnt (maleonitriledithiolate)): by binding the porphyrazine to the metal−dithiolene, the electron asymmetry and π-conjugation of the latter is increased, and its second-order response can result enhanced. By performing ab initio calculations of the ground-state and response properties of these compounds, we predict the molecular first hyperpolarizability, we elucidate its electronic origin, and we illustrate its dependence on the metal and the dithiolene ligand. Our study indicates that these complexes show a very high second-order response, comparable to that of organic “push−pull” materials, and that the appropriate metal-dithiolene combination can significantly enhance it. (10.1021/jp911353n)
  DOI : 10.1021/jp911353n
• Effects of polarization on the band-structure of delafossite transparent conductive oxides
  
  • Vidal Julien
  • Trani Fabio
  • Bruneval Fabien
  • Lopes Marques Miguel Alexandre
  • Botti Silvana
  Physical Review Letters, American Physical Society, 2010, 104, pp.136401. We use hybrid functionals and restricted self-consistent GW, state-of-the-art theoretical approaches for quasiparticle band structures, to study the electronic states of delafossite Cu(Al,In)O2, the first p-type and bipolar transparent conductive oxides. We show that self-consistent GW gives remarkably wider band gaps than all the other approaches used so far. Accounting for polaronic effects in the GW scheme we recover a very nice agreement with experiments. Furthermore, the modifications with respect to the Kohn-Sham bands are strongly k-dependent, which makes questionable the common practice of using a scissor operator. Finally, our results support the view that the low energy structures found in optical experiments, and initially attributed to an indirect transition, are due to intrinsic defects in the samples. (10.1103/PhysRevLett.104.136401)
  DOI : 10.1103/PhysRevLett.104.136401
• Excitonic effects in the optical properties of CdSe nanowires
  
  • Vilhena José G.
  • Botti Silvana
  • Lopes Marques Miguel Alexandre
  Applied Physics Letters, American Institute of Physics, 2010, 96,, pp.123106. Using a first-principle approach beyond density functional theory we calculate the electronic and optical properties of small diameter CdSe nanowires. Our results demonstrate how some approximations commonly used in bulk systems fail at this nanoscale level and how indispensable it is to include crystal local fields and excitonic effects to predict the unique optical properties of nanowires. From our results, we then construct a simple model to describe the optical gap as a function of the diameter of the wire, that turns out to be in excellent agreement with experiments for intermediate and large diameters. (10.1063/1.3368126)
  DOI : 10.1063/1.3368126