Contexte :

Établir les propriétés d’un matériau, et cela quelles que soient les températures et pressions, est un des plus grands enjeux de la physique moderne. Lorsque ces données thermodynamiques (expérimentales et/ou théoriques) sont disponibles, il est alors possible de construire une « équation d’état ». Dans ce cadre, les calculs dits ab initio jouent un rôle important. Ils permettent d’obtenir ces grandeurs, même lorsqu’aucune expérience n’est réalisable dans les conditions thermodynamiques explorées. L’une des briques de base de ces « équations d’état » est le spectre de phonons (vibrations du réseau). Celui-ci révèle le comportement du matériau en température. Jusqu’à présent, la plupart des études scientifiques considéraient que ce spectre en température pouvait être déduit de celui calculé à température nulle. Si cette approximation (quasi-harmonique) est justifiée dans certains cas, elle ne l’est pas dans d’autres, en particulier lorsque le matériau présente d’importants effets dits anharmoniques.

Objectif de la thèse :

La dépendance explicite du spectre de phonons vis-à-vis de la température peut aujourd’hui être obtenue au moyen de dynamiques moléculaires ab initio. Ces études, bien que coûteuses en ressources de calcul, sont aujourd’hui réalisables, à la fois en raison des avancées théoriques mais aussi grâce aux efforts de développement des outils numériques. En particulier, nous disposons aujourd’hui d’un code de calcul de structure électronique ABINIT capable de profiter efficacement des capacités des supercalculateurs (Curie et TERA-1000) disponibles sur notre centre de recherche. L’objectif de la thèse sera d’obtenir les spectres de phonons en température et construire l’équation d’état d’un matériau d’intérêt (Fe, Ti, U…).

Déroulement de la thèse :

La thèse débutera par un travail théorique d’appropriation des différentes techniques employées : simulations ab initio, dynamique moléculaire, calculs de spectres de phonons, construction d’une équation d’état… Elle se poursuivra par la réalisation des différentes étapes de calculs permettant d’aboutir à la construction d’une équation d’état d’un matériau (Fe, Ti, U…) présentant de nombreuses phases en pression et température. Selon le profil du candidat, ce travail peut s’accompagner d’un développement théorique et d’implémentation afin d’obtenir d’autres grandeurs dérivées nécessaires à la construction d’une équation d’état.

Directeur de thèse et école doctorale :

François JOLLET – ED Physique et Chimie des Matériaux – ED 397 – Université Pierre et Marie Curie (UPMC)

Contact :

François BOTTIN & Johann BOUCHET – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00