Thèse Vers une Méthode de Potentiel Absorbant Complexe « Boîte Noire » pour la Modélisation des Anions Métastables H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LCPQ - Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Direction de la thèse : Pierre-François LOOS ORCID 0000000305987425 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-01T23:59:59 L'objectif de ce projet de thèse est de transformer la méthodologie des potentiels absorbants complexes (CAP) en une approche véritablement robuste pour décrire les anions métastables.

Bien que l'existence de multiples solutions trouve son origine dans le choix du jeu de bases, les alternatives aux fonctions gaussiennes traditionnelles centrées sur les atomes restent pratiquement inexplorées dans le cadre de la méthode CAP. L'étudiant(e) commencera par explorer des systèmes modèles pour lesquels des solutions numériquement exactes peuvent être obtenues. Différentes stratégies de jeux de bases seront étudiées, notamment un ensemble de fonctions gaussiennes décentrées, une combinaison de fonctions gaussiennes et d'ondes planes, ainsi que des B-splines.

Les stratégies les plus prometteuses seront poursuivies dans la phase suivante du projet, consacrée aux résonances dans des systèmes moléculaires réels. Cela nécessitera vraisemblablement l'implémentation de nouvelles intégrales moléculaires, impliquant par exemple des ondes planes ou des B-splines, au sein des codes développés au LCPQ (QuAcK [9] et Quantum Package [10]). L'étudiant(e) progressera à partir des cas tests largement étudiés de N et CO [7,8] vers des anions métastables d'intérêt biologique tels que la pyrimidine [1] et la para-benzoquinone [11]. En outre, l'effet de la corrélation électronique sera étudié de manière systématique grâce à nos récentes implémentations de l'interaction de configurations sélectionnée [8] et de la méthode GW [12] en combinaison avec la méthode CAP.

Afin de traiter la forme fonctionnelle du CAP, l'étudiant(e) implémentera de nouveaux algorithmes permettant d'optimiser entièrement l'ensemble des paramètres qui le définissent, éliminant ainsi les choix heuristiques encore utilisés à ce jour. Des résultats très récents ont montré que l'optimisation simultanée de deux paramètres clés (l'intensité du CAP et son seuil d'activation) peut avoir un impact significatif [13]. L'étudiant(e) poursuivra dans cette voie en développant des outils d'optimisation généralisés permettant une prise en charge complète de tous les paramètres du CAP.

À l'issue du projet, la méthodologie CAP devrait atteindre un niveau de robustesse permettant la réalisation de calculs de routine non seulement par des spécialistes, mais aussi par tout chimiste ou physicien intéressé par les anions métastables. The interaction of low-energy electrons with molecules can induce bond breaking very
efficiently, which has profound implications in fields ranging from radiobiology [1] to
astrochemistry [2] and material sciences [3]. Molecular dissociation takes place through the
formation of a metastable anion, also called resonance [4]. Because of this metastability, the wave
function of the resonance formally diverges at large electron-molecule distances. To render its
description amenable to practical calculations, traditional quantum chemistry methods must be
modified with special techniques [5].
One of these techniques is the complex absorbing potential (CAP) method [6]. By
augmenting the physical Hamiltonian with an absorbing potential that surrounds the molecule, the
wave function divergence is regularized and physical resonance energies and properties can be
obtained. Calculations with the CAP method, when combined with accurate quantum chemistry
methods, can yield resonance energies in close agreement with experimental values [7, 8].
Despite its relative success, the CAP method falls short from being a black-box approach,
mainly due to the persistence of two challenges. First, it is plagued by the appearance of multiple
solutions, and second, the functional form of the CAP remains largely heuristic.

Nous recherchons un(e) candidat(e) hautement motivé(e), possédant une solide formation en chimie théorique, physique ou mathématiques appliquées. Une bonne maîtrise des concepts de mécanique quantique, de théorie de la structure électronique et des méthodes basées sur les fonctions de Green est essentielle. Une expérience en programmation scientifique (Python, C++ ou Fortran) et en calcul haute performance (HPC) sera fortement appréciée. Le/la candidat(e) idéal(e) devra faire preuve de curiosité, d'autonomie et d'un fort intérêt pour le développement méthodologique et la recherche fondamentale. Un bon niveau d'anglais (écrit et oral) est requis
;
la connaissance du français est un plus mais n'est pas obligatoire.