Thèse Excitations Électroniques dans des Nano-Objets Unidimensionels Description Ab Initio et Connection avec l'Intrication Quantique H/F

Institut Polytechnique de Paris École polytechnique

La compréhension des propriétés électroniques des électrons de valence dans les nano-objets est à la fois d'un intérêt fondamental et essentielle pour la conception de nouveaux dispositifs optoélectroniques. Dans ces systèmes, le confinement des électrons en basse dimensionnalité leur confère des propriétés exceptionnelles.
Ces propriétés sont liées aux caractéristiques fondamentales de la matière et aux fluctuations quantiques associées. Récemment, l'intrication quantique et l'information quantique de Fisher ont été directement mises en relation avec des propriétés spectroscopiques. Part ailleurs, ces propriétés spectroscopiques sont accessibles par des expériences, telles que l'absorption, la photoémission et la diffusion inélastique des rayons X.
Récemment, nous avons montré que le formalisme largement utilisé pour étudier les nano-objets isolés n'était pas adapté, et que les propriétés optiques qui en avaient été déduites en étaient affectées. Nous avons mis en évidence, théoriquement et expérimentalement, que dans les objets bidimensionnels la réponse optique contenait, en plus de la contribution transverse, une résonance de type plasmon, correspondant à une réponse longitudinale. Le rôle de l'interface s'est révélé déterminant. Le projet que nous proposons dans cette thèse consiste à reconsidérer les propriétés optiques des objets unidimensionnels.
Une fois la méthodologie établie pour décrire la fonction diélectrique macroscopique en 1D, nous explorerons ses liens avec l'intrication quantique et l'information quantique de Fisher, qui n'ont encore jamais été évaluées pour des systèmes à basse dimensionnalité.
Le travail se décomposera en trois étapes :
i) le calcul de la fonction de réponse en théorie de la fonctionelle de la densité dépendant du temps (TDDFT), avec optimisation des calculs ;
ii) l'intégration des effets excitoniques via la résolution de l'équation de Bethe-Salpeter, en incluant les corrections de quasi-particules via la self-énergie (dans l'approximation GW),
iii) La dérivation du noyau d'échange et corrélation pour la TDDFT.
Les premiers objets étudiés seront des nanotubes de silicium hydrogéné, suivis des nanotubes de carbone.
La thèse sera co-encadrée par Francesco Sottile, spécialiste des excitations électroniques et des fonctions de Green, et Christine Giorgetti, experte en nano-objets isolés et développeuse du formalisme Selected-G.
L'étudiant bénéficiera d'un environnement de recherche de haut niveau grâce à l'implication du groupe dans le réseau européen European Theoretical Spectroscopy Facility.

La compréhension des propriétés électroniques des électrons de valence dans les nano-objets est essentielle pour la conception de dispositifs optoélectroniques. Le confinement des électrons en basse dimensionnalité leur confère des propriétés spécifiques, en lien avec les fluctuations quantiques et l'intrication quantique. Ces propriétés spectroscopiques peuvent être observées par des expériences telles que l'absorption et la photoémission, qui nécessitent un appui théorique pour leur interprétation. Dans ce cadre, la thèse visera des développements théoriques en TDDFT et MBPT pour traiter les propriétés spectroscopiques des matériaux 1D. Parmi les
différentes observables en spectroscopie théorique, un rôle important sera joué par la fonction diélectrique, qui, en plus d'être directement liée aux différents spectres (absorption, diffusion inélastique des rayons X, fonction de perte d'énergie électronique), est aussi associée à des concepts fondamentaux tels que la métrique quantique et l'information quantique de Fisher. Cette dernière sera évaluée dans le cadre de cette thèse pour la première fois dans les systèmes unidimensionnels. Le groupe de spectroscopie théorique au LSI, École Polytechnique est mondialement reconnu pour ses avancées, tant en théorie qu'en implémentation numérique, notamment dans les codes de calculs ab initio.