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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

2021

Piezomagnetic switching and complex phase equilibria in uranium dioxide

Daniel Antonio, Joel Weiss, Katherine Shanks, Jacob Ruff, Marcelo Jaime, Andrés Saúl, T D Swinburne, Myron Salamon, Keshav Shrestha, Barbara Lavina, Daniel Koury, Sol Gruner, David Andersson, Christopher Stanek, Tomasz Durakiewicz, James Smith, Zahirul Islam, Krzysztof Gofryk

Communications Materials 2 (2021)10.1038/s43246-021-00121-6

Ellipsometry Study of Hexagonal Boron Nitride using Synchrotron Radiation: Transparency Window in the Far‐UVC

Luis Artús, Martin Feneberg, Claudio Attaccalite, James Edgar, Jiahan Li, Rüdiger Goldhahn, Ramon Cuscó

Advanced Photonics Research 2000101 (2021)10.1002/adpr.202000101

Nonreciprocal charge transport up to room temperature in bulk Rashba semiconductor α-GeTe

Yan Li, Yang Li, Peng Li, Bin Fang, Xu Yang, Yan Wen, Dong-Xing Zheng, Chen-Hui Zhang, Xin He, Aurelien Manchon, Zhao-Hua Cheng, Xi-Xiang Zhang

Nature Communications 12:540 (2021)10.1038/s41467-020-20840-7

Dephasing of Transverse Spin Current in Ferrimagnetic Alloys

Youngmin Lim, Behrouz Khodadadi, Jie-Fang Li, Dwight Viehland, Aurelien Manchon, Satoru Emori

Physical Review B (2021)10.1103/PhysRevB.103.024443

Phase diagram of brittle fracture in the semi-grand-canonical ensemble

T. Mulla, S. Moeini, Katerina Ioannidou, Roland J.-M. Pellenq, F.-J. Ulm

Physical Review E 103 (2021)10.1103/PhysRevE.103.013003

Anharmonic effect on the thermally activated migration of {101̄2} twin interfaces in magnesium

Yuji Sato, T D Swinburne, Shigenobu Ogata, David Rodney

Materials Research Letters 9:231-238 (2021)10.1080/21663831.2021.1875079

2020

13C NMR Parameters of Disordered Carbons: Atomistic Simulations, DFT Calculations, and Experimental Results

Alan Ambrozio, Jean-Marc Leyssale, Roland J-M Pellenq, Fabio Al de Souza, Gérard L. Vignoles, Wanderla L Scopel, Jair Cc Freitas

Journal of Physical Chemistry C 124:12784-12793 (2020)10.1021/acs.jpcc.0c02921

Quantum de-trapping and transport of heavy defects in tungsten

Kazuto Arakawa, Mihai-Cosmin Marinica, Steven Fitzgerald, Laurent Proville, Duc Nguyen-Manh, Sergei Dudarev, Pui-Wai Ma, T D Swinburne, Alexandra Goryaeva, Tetsuya Yamada, Takafumi Amino, Shigeo Arai, Yuta Yamamoto, Kimitaka Higuchi, Nobuo Tanaka, Hidehiro Yasuda, Tetsuya Yasuda, Hirotaro Mori

Nature Materials (2020)10.1038/s41563-019-0584-0

Simulating the Geological Fate of Terrestrial Organic Matter: Lignin vs Cellulose

Lea Atmani, Pierre-Louis Valdenaire, Roland J.-M. Pellenq, Christophe Bichara, Henri van Damme, Adri van Duin, Franz Ulm, Jean-Marc Leyssale

Energy and Fuels 34:1537-1547 (2020)10.1021/acs.energyfuels.9b03681

Ultraviolet catastrophe of a fluctuating curved dislocation line

Max Boleininger, T D Swinburne, Laurent Dupuy, Sergei Dudarev

Physical Review Research 2 (2020)10.1103/PhysRevResearch.2.032033

Statistical mechanics of kinks on a gliding screw dislocation

Max Boleininger, Martin Gallauer, Sergei Dudarev, T D Swinburne, Daniel Mason, Danny Perez

Physical Review Research 2 (2020)10.1103/physrevresearch.2.043254

A symmetrized decomposition of the Kubo-Bastin formula

Varga Bonbien, Aurélien Manchon

Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015) (2020)

Femtosecond quantification of void evolution during rapid material failure

James Coakley, Andrew Higginbotham, David Mcgonegle, Jan Ilavsky, T D Swinburne, Justin Wark, Khandaker Rahman, Vassili Vorontsov, David Dye, Thomas Lane, Sébastien Boutet, Jason Koglin, Joseph Robinson, Despina Milathianaki

Science Advances (2020)

Time resolved alkali silicate decondensation by sodium hydroxide solution

Romain Dupuis, Donatien Gomes Rodrigues, Jean-Baptiste Champenois, Roland Pellenq, Arnaud Poulesquen

Journal of Physics: Materials (2020)10.1088/2515-7639/ab5ce9

The 2020 Quantum Materials Roadmap

Feliciano Giustino, Manuel Bibes, Jin Hong Lee, Felix Trier, Roser Valentí, Stephen Winter, Young-Woo Son, Louis Taillefer, Christoph Heil, Adriana Figueroa, Bernard Placais, Quansheng Wu, Oleg Yazyev, Erik Bakkers, Jesper Nygård, Pol Forn-Díaz, Silvano de Franceschi, Luis Foa Torres, James Mciver, Anshuman Kumar, Tony Low, Regina Galceran, Sergio Valenzuela, Marius Vasile Costache, Aurelien Manchon, Eun-Ah Kim, Gabriel Ravanhani Schleder, Adalberto Fazzio, Stephan Roche

Journal of Physics: Materials (2020)10.1088/2515-7639/abb74e

Hybrid quantum/classical study of hydrogen-decorated screw dislocations in tungsten: Ultrafast pipe diffusion, core reconstruction, and effects on glide mechanism

Petr Grigorev, T D Swinburne, James Kermode

Physical Review Materials 4 (2020)10.1103/PhysRevMaterials.4.023601

Spin transport in multilayer graphene away from the charge neutrality point

Xin He, Yan Wen, Chenhui Zhang, Peng Li, Dongxing Zheng, Aitian Chen, Aurelien Manchon, Xixiang Zhang

Carbon 172:474-479 (2020)10.1016/j.carbon.2020.10.050

Quantitative insights into the growth mechanisms of nanopores in hexagonal boron nitride

Ki Kim, Young Lee, Ouafi Mouhoub, Rafael Martinez-Gordillo, Jaysen Nelayah, Guillaume Wang, Ji-Hoon Park, Young Hee Lee, Christophe Bichara, Annick Loiseau, Christian Ricolleau, Hakim Amara, Damien Alloyeau

Physical Review Materials 4 (2020)10.1103/PhysRevMaterials.4.014005

Elusive Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Fe 3 GeTe 2 monolayer

Slimane Laref, Kyoung-Whan Kim, Aurélien Manchon

Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015) (2020)

Induced Spin-texture at 3d Transition Metal/Topological Insulator Interfaces

Slimane Laref, Sumit Ghosh, Evgeny Tsymbal, Aurelien Manchon

Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015) (2020)10.1103/PhysRevB.101.220410

Symmetry-dependent field-free switching of perpendicular magnetization

Liang Liu, Chenghang Zhou, Xinyu Shu, Changjian Li, Tieyang Zhao, Weinan Lin, Jinyu Deng, Qidong Xie, Shaohai Chen, Jing Zhou, Rui Guo, Han Wang, Jihang Yu, Shu Shi, Ping Yang, Stephen Pennycook, Aurelien Manchon, Jingsheng Chen

Nature Nanotechnology (2020)

Morphology control of metallic nanoparticles supported on carbon substrates in catalytic conditions

Yann Magnin, Emmanuel Villermaux, Hakim Amara, Christophe Bichara, Roland Pellenq

Carbon 159:504-511 (2020)10.1016/j.carbon.2019.12.025

Semi-realistic tight-binding model for spin-orbit torques

Guilhem Manchon, Sumit Ghosh, Cyrille Barreteau, Aurélien Manchon

Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015) (2020)

Solute-strengthening in elastically anisotropic fcc alloys

Shankha Nag, Céline Varvenne, William Curtin

Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 28:025007 (2020)10.1088/1361-651X/ab60e0

Urban heat island impact on state residential energy cost and CO2 emissions in the United States

J. Roxon, F.-J. Ulm, R.J.-M. Pellenq

Urban Climate 31:100546 (2020)10.1016/j.uclim.2019.100546

How metallic are noble-metal clusters? Static screening and polarizability in quantum-sized silver and gold nanoparticles

Rajarshi Sinha-Roy, Pablo García-González, Hans-Christian Weissker

Nanoscale 12:4452-4458 (2020)10.1039/C9NR08608K

Automated calculation and convergence of defect transport tensors

T D Swinburne, Danny Perez

npj Computational Materials (2020)10.1038/s41524-020-00463-8

Defining, calculating and converging observables of kinetic transition networks

T D Swinburne, David J Wales

Journal of Chemical Theory and Computation (2020)10.1021/acs.jctc.9b01211

Bulk spin torque driven perpendicular magnetization switching in L1 0 FePt

Meng Tang, Ka Shen, Shijie Xu, Huanglin Yang, Shuai Hu, Weiming Lü, Changjian Li, Mengsha Li, Zhe Yuan, Stephen Pennycook, Ke Xia, Aurelien Manchon, Shiming Zhou, Xuepeng Qiu

Advanced Materials (2020)10.1002/adma.202002607

Effect of surface roughness on the anomalous Hall effect in Fe thin films

Qiang Zhang, Dongxing Zheng, Yan Wen, Yuelei Zhao, Wenbo Mi, Aurelien Manchon, Olivier Boulle, Xixiang Zhang

Physical Review B (2020)10.1103/PhysRevB.00.004400

Séminaires

À venir

En raison du contexte actuel, les séminaires sont suspendus pour le moment. Ils reprendront lorsque que  la situation le permet.

Récents

  • Apprentissage statistique pour la détermination de l'indice chiral des nanotubes de carbone dans les images HRTEM

    Daniel FÖRSTER (CINaM ), 25 février 2020, 10h30 salle R2

  • Time-dependent transport in nanosystems interacting with light

    Fabienne MICHELINI (IM2NP, Aix-Marseille Université), 28 janvier 2020

  • Transition d'échelle entre fibre végétale et composite UD : propagation de la variabilité et des non-linéarités

    Alessandra Del Masto(IRSN / CINaM ), 28 janvier 2020

  • Ab initio study of photo-responsive metal-organic frameworks for an efficient carbon capture

    Kshirsagar Aseem Rajan (CNRS / SIMaP Grenoble ), 21 janvier 2020

  • Phase Change Materials : Characterisation and implications of "Metavalent" Bondinghe intrinsic dimension of the data and its use

    J.Y. Raty (Université de Liège ), 2 décembre 2019

  • The story of academic publishing: from Galileo to Nature

    C. Attaccalite (CINaM ), 21 novembre 2019

  • The intrinsic dimension of the data and its use

    M. Allegra (Institut de Neurosciences de la Timone ), 5 novembre 2019

  • (Bio)chemical reactions across soft fluctuating surfaces: from statistical mechanics to cell biology and back

    K. Sengupta (CINaM), 22 octobre 2019

  • Local yield stress statistics in model amorphous solids

    S. Patinet (PMMH, ESPCI Paris), 11 septembre 2019

  • 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

 

  • Thèse AMU

    (2020-2023)
    C.Attaccalite

  • 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 1900 coeurs de calcul répartis sur 100 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

CINaM

France

Italie

Espagne

Belgique

Allemagne

Luxembourg

  • Ludger Wirtz (University of Luxembourg)

Suisse

Royaume-Uni

Australie

Japon

Finlande

Singapour

Thailande

  • Dr Stéphan DUBAS (Polymer Science group, The Petroleum and Petrochemical College Chulalongkorn University, Bangkok)

Tunisie

  • Adnène Dhouib, Myriam Sansa, Abdelhay Zaïr (Université de Tunis)
  • Moncef Said (Laboratoire de la Matière Condensée et Nanosciences, Faculté des Sciences de Monastir)

Arabie Saoudite

Israel

  • Eugene Rabkin (Technion, Haifa)

Canada

Etats-Unis

Liens Utiles

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