Thèse Etude de la Structure Électronique de Nanostructures de Carbone H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LCPQ - Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Direction de la thèse : Thierry LEININGER ORCID 0000000273730966 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-01T23:59:59 Etude de la structure électronique de nanostructures de carbone

La structure électronique des nanostructures de carbone sp² localement planes présente une remarquable diversité, en fonction de la topologie et de l'arrangement géométrique des atomes de carbone.
En effet, la nature de leurs fonctions d'onde dépend de manière critique de détails relativement mineurs de leur arrangement géométrique. Cette variété de comportements permet d'envisager d'importantes applications technologiques.

Ces dernières années, différents types de fonctions d'onde possibles des nanotubes et des nanocônes ont été étudiés, principalement à l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ou de hamiltoniens modèles [1-5]. Les études concernant ces mêmes systèmes traités à l'aide d'approches ab initio de haut niveau sont plus rares dans la littérature (voir néanmoins [6-8]).

Au cours de cette thèse, nous étudierons la structure des nanotubes et des nanocônes à l'aide d'algorithmes quantiques post-Hartree-Fock de haut niveau, tels que la méthode des clusters couplés (CCSD) et la théorie des perturbations multi-référence (NEVPT2). Ces approches permettent de mettre en évidence les différents caractères possibles des fonctions d'onde électroniques.
En effet, les nanotubes en zigzag, par exemple, sont prédits comme conducteurs pour un nombre d'hexagones autour du tube multiple de trois, et isolants sinon.
Une diversité encore plus grande est observée chez les nanocônes, qui peuvent présenter des couches électroniques fermées ou ouvertes, ou encore posséder des radicaux capables d'accepter ou de céder facilement un électron.

En particulier, nous utiliserons le TPS (total position spread tensor), récemment implémenté au niveau CASSCF dans le logiciel MOLPRO par notre groupe, afin de caractériser le caractère métal/isolant de ces structures [9-11]. L'extension à l'interaction de configurations multi-références et à d'autres approches dans MOLPRO constitue un autre objectif du projet. Compte-tenu de la très forte sensibilité des propriétés électroniques des nanocônes de carbone à divers paramètres, la prise en compte des effets de corrélation électronique est cruciale pour l'étude de ces systèmes et constitue une réelle gageure.