Green’s function methods for charged and neutral excitations. – (Enzo Monino / LCPQ / Thèses). – 5/10/2023, 9H

Soutenance de thèse

Enzo Monino, LCPQ, Salle de Conférence FERMI 3R4

Résumé :
Les processus d’excitations chargées et électroniques sont au cœur de la chimie, de la physique et de la biologie, jouant un rôle clé dans des processus omniprésents tels que la photochimie, la catalyse et la technologie des cellules solaires. Cependant, définir une méthode efficace qui fournit de manière fiable des énergies d’états excités et d’ionisations précises reste un défi majeur en chimie théorique. Initialement développées dans le cadre de la physique nucléaire puis utilisées dans la communauté de la matière condensée, l’utilisation des méthodes de fonctions de Green en chimie quantique s’est considérablement développée ces dernières années. En effet, les méthodes de fonction de Green ont suscité un intérêt considérable en raison de leur capacité à cibler à la fois les excitations chargées et neutres. Le pilier des méthodes de fonction de Green est la fonction de Green à un corps. Elle a la capacité de fournir les excitations chargées, c’est-à-dire l’ajout ou le retrait d’un électron dans la molécule, en un seul calcul tel que mesurées en spectroscopie de photoémission directe ou inverse. Cela évite d’utiliser les méthodes traditionnelles de chimie quantique où l’on doit effectuer des calculs séparés sur les espèces neutres et ionisées. D’une part, le calcul des excitations chargées doit résoudre l’équation de Dyson qui relie la fonction de Green à un corps à la “self-energy”. D’autre part, le calcul des excitations neutres, c’est-à-dire la promotion d’un électron à un état excité de la molécule, nécessite l’utilisation de la fonction de Green à deux corps à travers sa connexion avec le noyau par l’équation de Bethe-Salpeter. Malheureusement, la self-energy exacte et le noyau exact ne sont pas connus et des approximations doivent être faites. Dans cette thèse, nous explorons les performances de différentes approximations pour la self-energy et le noyau en comparant avec diverses méthodes de chimie quantique bien connues en appliquant ces approximations sur divers systèmes atomiques et moléculaires. De plus, nous identifions les discontinuités non-physiques que nous rencontrons dans diverses quantités physiques lors de l’utilisation d’approximations pour la self-energy et proposons un moyen d’éviter de tels problèmes. Ensuite, nous étudions les liens entre diverses approximations de la fonction de Green. Enfin, différentes méthodes vues dans cette thèse sont rassemblées pour former un logiciel de chimie quantique open source avec un fort accent mis sur l’aide aux étudiants et aux nouveaux arrivants dans le domaine pour développer leurs propres idées.