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Département TSN

Théorie et Simulation Numérique

Responsable : Andrés Saúl

Présentation

L’activité du département "Théorie et Simulation Numérique" porte sur l’étude de systèmes de dimension réduite : surfaces, interfaces, nanostructures (agrégats, fils, nanotubes, ...) libres, supportées ou obtenues par confinement dans des matrices poreuses.

Elle s’attache à décrire par des modèles réalistes, de l’échelle atomique à l’échelle mésoscopique, la structure et les propriétés électroniques, thermodynamiques et dynamiques de ces systèmes.

Nous nous intéressons en outre à des milieux tridimensionnels désordonnés et à des systèmes d’intérêt industriel ou géologiques pour lesquels l’échelle nanométrique est pertinente, dans la compréhension ou l’utilisation.

Cette variété topologique et structurale se double d’une diversité dans la nature chimique des systèmes étudiés : métaux, semi-conducteurs, oxydes, composés à base de carbone…

Les principaux outils de modélisation utilisés sont le calcul de la structure électronique et de l’énergie totale par des méthodes ab-initio ou semi-empiriques, la simulation numérique "atomistique" (Dynamique Moléculaire ou Monte Carlo), ainsi que des développements analytiques.

Le département travaille sur des sujets qui lui sont propres, en étroite collaboration avec des expérimentateurs, au CINaM ou à l’extérieur, ainsi qu’avec d’autres théoriciens en France et à l’étranger.

Théorie et simulation numérique

Publications

2019

Bidimensional phases in Co–Pt surface alloys: A theoretical study of ordering and surface segregation

Front Alexis, Bernard Legrand, Guy Treglia, Christine Mottet

Surface Science 679:128-138 (2019)10.1016/j.susc.2018.08.024

Atomic-scale structural identification and evolution of Co-W-C ternary SWCNT catalytic nanoparticles: High-resolution STEM imaging on SiO 2

Hua An, Akihito Kumamoto, Rong Xiang, Taiki Inoue, Keigo Otsuka, Shohei Chiashi, Christophe Bichara, Annick Loiseau, Yan Li, Yuichi Ikuhara, Shigeo Maruyama

Science Advances 5:eaat9459 pages 1-8 (2019)10.1126/sciadv.aat9459

Combining experiments and modeling to explore the solid solution strengthening of high and medium entropy alloys

G. Bracq, M. Laurent-Brocq, C. Varvenne, L. Perrière, W.A. Curtin, J.-M. Joubert, I. Guillot

Acta Materialia 177:266-279 (2019)10.1016/j.actamat.2019.06.050

Plasmonic quantum size effects in silver nanoparticles are dominated by interfaces and local environments

Alfredo Campos, Nicolas Troc, Emmanuel Cottancin, Michel Pellarin, Hans-Christian Weissker, Jean Lermé, Mathieu Kociak, Matthias Hillenkamp

Nature Physics 15:275-280 (2019)10.1038/s41567-018-0345-z

Molecular simulation of silica gels: Formation, dilution, and drying

Romain Dupuis, Laurent Karim Beland, Roland J.-M. Pellenq

Physical Review Materials 3 (2019)10.1103/PhysRevMaterials.3.075603

Influence of halogen substitution on aggregation-induced near infrared emission of borondifluoride complexes of 2′-hydroxychalcones

Anthony D’aléo, Andrés Saúl, Claudio Attaccalite, Frédéric Fages

Materials chemistry frontiers 3:86-92 (2019)10.1039/c8qm00478a

Tuning bimetallic catalysts for a selective growth of SWCNTs

Salomé Forel, Alice Castan, Hakim Amara, Ileana Florea, Frédéric Fossard, Laure Catala, Christophe Bichara, Talal Mallah, Vincent Huc, Annick Loiseau, Costel-Sorin Cojocaru

Nanoscale 11:4091-4100 (2019)10.1039/c8nr09589b

Solid solution strengthening theories of high-entropy alloys

Carlyn Larosa, Mulaine Shih, Céline Varvenne, Maryam Ghazisaeidi

Materials Characterization 151:310-317 (2019)10.1016/j.matchar.2019.02.034

Cutting floating single-walled carbon nanotubes with a ‘CO2 blade’

Ying Tian, Nan Wei, Patrik Laiho, Saeed Ahmad, Yann Magnin, Yongping Liao, Christophe Bichara, Hua Jiang, Esko Kauppinen

Carbon 143:481-486 (2019)10.1016/j.carbon.2018.11.035

Chiral-Icosahedral ( I ) Symmetry in Ubiquitous Metallic Cluster Compounds (145A,60X): Structure and Bonding Principles

Robert Whetten, Hans-Christian Weissker, J. Jesús Pelayo, Sean Mullins, Xóchitl López-Lozano, Ignacio Garzón

Accounts of Chemical Research 52:34-43 (2019)

Capillary Stress and Structural Relaxation in Moist Granular Materials

Tingtao Zhou, Katerina Ioannidou, Enrico Masoero, Mohammad Mirzadeh, Roland J.-M. Pellenq, Martin Bazant

Langmuir (2019)10.1021/acs.langmuir.8b03400

Multiscale poromechanics of wet cement paste

Tingtao Zhou, Katerina Ioannidou, Franz-Josef Ulm, Martin Bazant, R. J.-M. Pellenq

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 116:10652-10657 (2019)10.1073/pnas.1901160116

2018

Le Châtelier’s conjecture: Measurement of colloidal eigenstresses in chemically reactive materials

Muhannad Abuhaikal, Katerina Ioannidou, Thomas Petersen, Roland J.-M. Pellenq, Franz-Josef Ulm

Journal of the Mechanics and Physics of Solids 112:334-344 (2018)10.1016/j.jmps.2017.12.012

Theoretical study of xenon adsorption on UO 2 surfaces

Jack Arayro, Guy Treglia, Fabienne Ribeiro

Journal of Physics Communications 2:035041 (2018)10.1088/2399-6528/aab517

Thermodynamics, kinetics, and mechanics of cesium sorption in cement paste: A multiscale assessment

Jack Arayro, Alice Dufresne, Tingtao Zhou, Katerina Ioannidou, Josef-Franz Ulm, Roland Pellenq, Laurent Karim Beland

Physical Review Materials 2 (2018)10.1103/PhysRevMaterials.2.053608

Mesoscale structure, mechanics, and transport properties of source rocks’ organic pore networks

Jérémie Berthonneau, Amaël Obliger, Pierre-Louis Valdenaire, Olivier Grauby, Daniel Ferry, Damien Chaudanson, Pierre Levitz, Jae Jin Kim, Franz-Josef Ulm, Roland J.-M. Pellenq

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 115:12365-12370 (2018)10.1073/pnas.1808402115

Atomistic-to-continuum description of edge dislocation core: Unification of the Peierls-Nabarro model with linear elasticity

M Boleininger, T D Swinburne, S L Dudarev

Physical Review Materials 2 (2018)10.1103/PhysRevMaterials.2.083803

Elastic modeling of point-defects and their interaction

Emmanuel Clouet, Céline Varvenne, Thomas Jourdan

Computational Materials Science 147:49-63 (2018)10.1016/j.commatsci.2018.01.053

Atomistic and mesoscale simulation of sodium and potassium adsorption in cement paste

Alice Dufresne, Jack Arayro, Tingtao Zhou, Katerina Ioannidou, Franz-Josef Ulm, Roland Pellenq, Laurent Karim Beland

Journal of Chemical Physics 149:074705 (2018)10.1063/1.5042755

Growth Modes and Chiral Selectivity of Single-Walled Carbon Nanotubes

Maoshuai He, Yann Magnin, Hua Jiang, Hakim Amara, Esko I. Kauppinen, Annick Loiseau, Christophe Bichara

Nanoscale (2018)

Entropy driven stability of chiral single-walled carbon nanotubes

Yann Magnin, Hakim Amara, François Ducastelle, Annick Loiseau, Christophe Bichara

Science 362:212-215 (2018)10.1126/science.aat6228

Ni 2 C surface carbide to catalyze low-temperature graphene growth

Rafael Martinez-Gordillo, Céline Varvenne, Hakim Amara, Christophe Bichara

Physical Review B : Condensed matter and materials physics 97:1-9 (2018)10.1103/PhysRevB.97.205431

Poroelasticity of Methane-Loaded Mature and Immature Kerogen from Molecular Simulations

Amaël Obliger, Pierre-Louis Valdenaire, Nicolas Capit, Franz Ulm, Roland J.-M. Pellenq, Jean-Marc Leyssale

Langmuir 34:13766-13780 (2018)10.1021/acs.langmuir.8b02534

Carbon Nanotubes and Related Nanomaterials: Critical Advances and Challenges for Synthesis toward Mainstream Commercial Applications

Rahul Rao, Cary Pint, Ahmad Islam, Robert Weatherup, Stephan Hofmann, Eric Meshot, Fanqi Wu, Chongwu Zhou, Nicholas Dee, Placidus Amama, Jennifer Carpena-Nuñez, Wenbo Shi, Desiree Plata, Evgeni Penev, Boris Yakobson, Perla Balbuena, Christophe Bichara, Don Futaba, Suguru Shi, Homin Shi, Keun Su Kim, Benoit Simard, Francesca Mirri, Matteo Pasquali, Francesco Fornasiero, Esko Kauppinen, Michael Arnold, Baratunde Cola, Pavel Nikolaev, Sivaram Arepalli, Hui-Ming Cheng, Dmitri Zakharov, Eric Stach, Jin Zhang, Fei Wei, Mauricio Terrones, David Geohegan, Benji Maruyama, Shigeo Shi, Yan Li, W. Wade Adams, A. John Hart

ACS Nano 12:11756-11784 (2018)

Unconventional field induced phases in a quantum magnet formed by free radical tetramers

Andrés Saúl, Nicolas Gauthier, Reza Moosavi Askari, Michel Côté, Thierry Maris, Christian Reber, Anthony Lannes, Dominique Luneau, Michael Nicklas, Joseph Law, Elizabeth Lauren Green, Jochen Wosnitza, Andrea Bianchi, Adrian Feiguin

Physical Review B : Condensed matter and materials physics 97 (2018)10.1103/physrevb.97.064414

Kink-limited Orowan strengthening explains the brittle to ductile transition of irradiated and unirradiated bcc metals

T D Swinburne, S L Dudarev

Physical Review Materials 2 (2018)10.1103/physrevmaterials.2.073608

Self-optimized construction of transition rate matrices from accelerated atomistic simulations with Bayesian uncertainty quantification

T D Swinburne, D Perez

Physical Review Materials 2:053802 (2018)10.1103/physrevmaterials.2.053802

Unsupervised Calculation of Free Energy Barriers in Large Crystalline Systems

T D Swinburne, M-C Marinica

Physical Review Letters 120 (2018)10.1103/physrevlett.120.135503

Predicting yield strengths of noble metal high entropy alloys

Céline Varvenne, William Curtin

Scripta Materialia 142:92-95 (2018)10.1016/j.scriptamat.2017.08.030

Mechanical strength of wet particle agglomerates

Thanh-Trung Vo, Patrick Mutabaruka, Saeid Nezamabadi, Jean-Yves Delenne, Edouard Izard, Roland Pellenq, Farhang Radjai

Mechanics Research Communications 92:1-7 (2018)10.1016/j.mechrescom.2018.07.003

Séminaires

À venir

  • Local yield stress statistics in model amorphous solids

    S. Patinet (PMMH, ESPCI Paris), 11 septembre 2019, 14h salle R. Kern

 

Récents

  • On the origin of line-tension in the core of a dislocation

    M. Boleininger (Culham Centre for Fusion Energy, UK) , 9 septembre 2019

  • Nanostructured materials for optoelectronics

    B. Sciacca (CINaM), 25 juin 2019

  • Floating catalyst chemical vapor deposition (FC-CVD) synthesis of conductive SWNT thin films for flexible electronics applications

    Esko I. Kauppinen (Aalto University School of Science, Department of Applied Physics, Finlande), 5 mai 2019

  • Solid/Liquid Interfaces: Structure, dynamics and spectroscopy

    Marialore Sulpizi (Johannes Gutenberg University Mainz, Germany), 23 avril 2019

  • Theoretical spectroscopy for solids

    Arjan Berger (Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques, Université Paul Sabatier, Toulouse), 12 avril 2019

  • Spin-Orbit Physics at Magnetic Interfaces

    Aurelien Manchon (King Abdullah University of Science and Technology -KAUST-, Saudi Arabia), 10 avril 2019

  • Durée de vie du phonon et propriétés thermiques dans le graphène irradié : un traitement exact du désordre

    Georges Bouzerar (Institut Lumière Matière, Université Lyon 1), 9 avril 2019

  • Hydrogène, surfaces, nano et micro-vides dans les matériaux pour la fusion nucléaire: Etude DFT, modèles thermodynamiques, comportement macroscopique

    Yves Ferro (PIIM, Marseille), 20 mars 2019

  • The silver route to high-Tc superconductivity

    José Lorenzana (Istituto dei Sistemi Complessi, CNR, La Sapienza, Roma), 19 mars 2019

  • Zwitterionic Quinones : an Unprecedented Class of Coupled Polymethines

    Simon Pascal (CINaM), 26 février 2019

  • Synthèse d’une bicouche de silice pour la modélisation de zéolithes - Etude des défauts de la surface de Cu2O(100)

    Héloïse Tissot (CINaM), 19 février 2019

  • Ab-initio methods for electronic spectroscopy : Applications to bulk and layered semiconductors

    Lorenzo Sponza (LEM, Onera-CNRS, Châtillon), 5 février 2019

  • Stratégies autonomes, guidées par une incertitude quantifiée, pour la construction de modèles mésoscopiques à partir des simulations atomiques

    Tom Swinburne (CINaM), 22 janvier 2019

  • Soutenance de thèse : Modélisation de nanoalliages à base de Pt : Co-Pt, système emblématique de l’ordre, et Pt-Ag, système hybride entre ordre et démixtion

    Alexis Front (CINaM), 20 décembre 2018

  • Modélisation à l’échelle atomique du système Fe-Al-Mn-C à l’aide de modèles de paires et de calculs thermodynamiques

    Rémy Besson (UMET, Université de Lille, Villeneuve d’Ascq), 18 décembre 2018

  • Soutenance de thèse : Caractérisation de l’ordre chimique interstitiel des hydrures de zirconium à l’aide d’un modèle d’Ising effectif dérivé des liaisons fortes

    Paul Eymeoud (CINaM), 17 décembre 2018

  • Simulation of fast and ultrafast structural changes in solids and biomolecules upon interaction with light

    Martin Garcia (Universität Kassel, Germany), 4 décembre 2018

  • Spectroscopie Raman des polymères de coordination Nickel/quinone

    Romain Parret (CINaM), 6 novembre 2018

  • Advanced engineering materials with tailored functionality at the nanoscale : Insights from computer simulations & nanoscale experiments

    Christian Brandl (KIT, Karlsruhe, Germany), 6 septembre 2018

  • Surface energies of bimetallic nanoparticles : size and composition effects

    Hakim Amara (LEM, CNRS-Onera, Châtillon), 19 juin 2018

  • Virgin martensite in Fe-Ni-C alloys : low-temperature and spinodal decomposition

    Philippe Maugis (IM2MP, Marseille), 12 juin 2018

  • Computational study of free and oxyde-supported Au-Rh and Pd-Ir nanocatalysts

    Roy L. Johnston (University of Birmingham, UK ), 5 juin 2018

  • Spectroscopie théorique d’agrégats de métaux nobles (soutenance HDR)

    Hans-Christian Weissker (CINaM), 4 juin 2018

  • Utilisation des méthodes de champs de phases en métallurgie physique

    Héléna Zapolsky (GPM, Rouen), 30 mai 2018

  • Étude thermodynamique et mécanique des alliages à haute entropie basés sur le système CoCrFeMnNi

    Guillaume Bracq (ICMPE, Thiais), 4 mai 2018

  • Aller ou non vers l’équilibre dans les nano-alliages ?

    Pascal Andréazza (ICMN, Orléans), 19 avril 2018

  • Modeling of plasma surface interactions

    Ning Ning (PIIM, Marseille), 9 avril 2018

  • The importance of geometry to predicting properties of metallic nanoparticles

    Francesca Baletto (King’s College, London, England), 26 mars 2018

  • Descriptions Théoriques des Structures Electroniques

    Vincent Robert (Laboratoire de Chimie Quantique, Strasbourg), 23 mars 2018

  • Invisible excitations in hexagonal boron nitride

    Claudio Attaccalite (CINaM), 20 février 2018

  • Soutenance de thèse : "Propriétés optiques d’agrégats de métaux nobles"

    Rajarshi Sinha Roy (CINaM), 19 janvier 2018

  • Size effects in physically prepared metal nanoparticles

    Matthias Hillenkamp (Institut Lumière Matière, Université Claude Bernard Lyon 1), 18 janvier 2018

Financement

Centre National de la Recherche Scientifique Agence Nationale de la Recherche Union Européene

 

  • ANCRE PotEmQuIn

    Potentiels semi-empiriques avec quantification d'incertitudes (2019-2020)
    F. Ribeiro, G. Treglia

  • ANR MeMoPas

    Mesoscale models from massively parallel atomistic simulations: uncertainty driven, self-optimizing strategies for crystalline materials (2020-2023)
    T. Swinburne, C. Varevenne, C. Mottet, G. Treglia

  • ANR HTHPCM

    High-temperature & high-polarization cuprate multiferroics  (2020-2023)
    A. Saul, A. Zappelli

Équipements

Théorie et simulation numérique 3

Centre de calcul scientifique

Le département administre un centre de calcul hébergé dans une salle mutualisée de l'AMU. Ces moyens de calculs sont accessibles à toute personne du CINAM et ouverts aux collaborateurs extérieurs du département.

Près de 1200 coeurs de calcul répartis sur 80 machines sont disponibles pour exécuter des codes scientifiques en mode séquentiel ou parallèle.

Les codes sont développés en interne ou font appel à des codes de référence dans nos domaines de prédilection.

 

Collaborations

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