Ce cours a trois objectifs généraux :
1- Familiariser les étudiants aux concepts fondamentaux de structure électronique des solides (théorie du gaz d’électron libre, théorie des liaisons fortes, modèle des bandes…) et à la théorie des phonons.
2- Présenter la manière dont les méthodes de chimie quantique modernes (principalement la DFT) s’adaptent aux systèmes périodiques.
3- Donner une première expérience de calculs périodiques avec un code utilisant une base localisée (CRYSTAL) et un code utilisant une base d’ondes planes (VASP) sur des systèmes réalistes (matériaux semiconducteurs, surface de catalyseur…)
Plan cours
Le cours s’articule en quatre parties. La première porte sur la présentation du modèle de gaz d’électron libre et de la théorie des liaisons fortes. Ces modèles permettent d’appréhender les méthodes modernes de calculs de chimie quantique pour les systèmes périodiques que sont les solides cristallins. La seconde partie de ce cours portera justement sur la présentation de l’adaptation de la DFT (présentée en S1A) aux systèmes périodiques. Dans la troisième partie du cours, nous étudierons des exemples de systèmes 3D (matériaux bulk), 2D (surfaces et matériaux bidimensionnelles) 1D (fils moléculaires et nano-tubes) périodiques. La quatrième partie du cours fournit une introduction à la physique des phonons et à leur calcul à partir de code de structure électronique.
Les TD/TP sont réalisés en salle informatique et feront appels à des codes de calcul de chimie quantique professionnels (CRYSTAL et VASP). Après deux exercices communs à tout le groupe, les étudiants réaliseront un projet de leur choix (sélectionné dans une liste de projets proposés) par binôme.
