Calculs haute précision de structures électroniques

Le calcul ab initio (à partir de principes premiers) consiste en la simulation des atomes et des électrons qui composent un matériau, et la résolution des équations de la mécanique quantique pour en prédire toutes les propriétés physiques. Ces calculs se basent sur la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT), qui permet de calculer l’énergie d’un système dans son état fondamental ainsi que la fonction d’onde des électrons. Nous utilisons la DFT pour prédire des paramètres structurels d’une molécule ou d’un matériau, ainsi que l’énergie associée à une réaction chimique ou à la formation d’un matériau.

D’autres techniques plus avancées permettent de mieux décrire les niveaux énergétiques des électrons ou la réponse d’un matériau à une perturbation externe. Par exemple, la méthode GW permet de prédire l’énergie nécessaire pour ajouter ou retirer un électron d’un système, et la méthode BSE permet de calculer les propriétés optiques des matériaux.

Matériaux énergétiques pour un futur durable

Mon équipe de recherche développe des matériaux innovants pour soutenir les technologies à l’hydrogène. Ceci inclut les catalyseurs moléculaires ou solides pour la production et la conversion énergétique de l’hydrogène, les hydrures métalliques pour le stockage de l’hydrogène, les matériaux d’électrode pour les batteries et les supercondensateurs, et les électrolytes solides pour les batteries.

Couplage électron-phonon

Les phonons décrivent les modes de vibrations des atomes dans un solide. Lorsque les électrons se déplacent dans un solide, ils subissent des collisions avec les phonons et ce processus est au coeur de multiples phénomènes, tel que la résistivité électrique, la supraconductivité, et le changement des propriétés optiques en fonction de la température. Nous étudions ces phénomènes par calcul ab initio à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de densité perturbative (DFPT).

Gabriel Antonius est physicien, spécialisé en simulations numériques des matériaux. Il a obtenu son doctorat en physique à l’Université de Montréal en 2015, puis a travaillé comme chercheur postdoctoral de 2015 à 2018 à University of California Berkeley, et au Lawrence-Berkeley National Laboratory. Il est professeur à l’Université du Québec à Trois-Rivières depuis 2018.

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