Le code GSAM : Un algorithme de recherche globale de minima locaux sur une surface d'énergie potentielle pour déterminer les structures physiquement raisonnables de clusters atomiques et moléculaires : exemples et applications.

Ph. Carbonnière , Université de Pau et des Pays de l'Adour
Mercredi, 20 juin 2012, 14 h 00, Bibliothèque du LCT, tour 12-13, 4e étage

L'étude des agrégats (ou clusters) est un domaine de recherche en pleine expansion car ces entités possèdent des propriétés différentes de celles des matériaux massifs et de celles des atomes ou molécules qui les constituent. Par leurs propriétés singulières qui peuvent être modulées en modifiant leur taille, leur rôle dans le domaine de la nanotechnologie est bien établi.
La première et la plus importante des étapes dans l'étude des propriétés des agrégats est la détermination de leurs structures microscopiques qui repose encore principalement sur des méthodes d'investigation théorique. Même par cette voie, il y a de nombreuses caractéristiques, soit liées à la nature de l'entité (ex : nombre de degrés de liberté, nombre de structures stables possibles), soit à la nature de la méthode (ex : qualité de la méthode de calcul de structure électronique, qualité de la méthode d'exploration de la surface de potentielle) qui font la détermination efficiente de leurs structures une tache extrêmement difficile.
Nous proposons un algorithme capable de trouver les isomères les plus stables de clusters atomiques ou moléculaires. Cet algorithme de recherche globale appelé GSAM1 inclut (i) la génération orientée d'un jeu initial de structures, semi-aléatoire. (ii) Un schéma de sélection des structures les plus différentes topologiquement, a priori de tout calcul de structure électronique. (iii) Une étape d'optimisation qui n'optimise complètement que les structures physiquement probables.
L'efficience de l'algorithme sera illustrée au travers des cas des clusters de Silicium1 (Sin, n=3-15), de Silicium dopé par un métal alcalin2 (Si10(Li,Na,K)1,2), d'Arséniure de Gallium3 (GanAsm, n+m=5-8), des clusters d'Argon4 (Arn, n=20-70). Les études des signatures vibrationnelles anharmoniques des clusters moléculaires de la cytosine hydratée5 (C,n H2O, n=1,5) et du Nitrate de Sodium hydraté6 ((NaNO3, nH2O), n=1,4, x=1-4) seront également présentées.

Littérature :
1A global search algorithm of minima exploration for the investigation of low lying isomers of clusters density functional theory-based potential energy surfaces: The example of Sin (n = 3,15) as a test case. Marchal R., Carbonniere P., Pouchan C., J. Chem. Phys. 2009, vol 131, 114105.
2Doping-enhanced hyperpolarizabilities of silicon clusters: A global ab initio and density functional theory study of Si10 (Li, Na, K) n (n=1, 2) clusters. Karamanis P. Marchal R. Carbonniere P. Pouchan C., J. Chem. Phys., 2011, vol 135, 044511.
3On the Structures of Non-Stoichiometric GanAsm Clusters (5 n < + m < 8). Marchal R., Carbonnière R., Pouchan C., J. Comput. Theor. Nanosci., 2011, vol 8, 568.
4Marchal R., Carbonniere P., Pouchan C., en préparation.
5Vibrational analysis beyond the harmonicity from ab initio molecular dynamics: case of cytosine in its anhydrous and aqueous forms. Carbonniere P. Thicoipe S. Very T. Assfeld X., Int. J. Quant. Chem., 2012, vol 112, 2221.
6Thicoipe S., Carbonniere P., Pouchan C., soumise.