De nouveaux outils pour étudier la dynamique de niveau atomique
L'Europe doit disposer de plusieurs sources d'énergie durables, et à cet égard, le soleil revêt un grand intérêt. Le continent a également besoin d'un meilleur stockage magnétique pour gérer le flux croissant de données. Même si l'on ne s'attend pas à ce qu'un seul projet aborde ces deux questions, c'est le cas de la théorie de la dynamique ultra-rapide dans des matériaux réels. Le projet CRONOS (Time dynamics and control in nanostructures for magnetic recording and energy applications) a réussi à développer une théorique quantitative, flexible et entièrement atomiste de la dynamique ultrarapide. L'utilisation de la théorie fonctionnelle de la densité dépendant du temps est une approche clé dans ces études. Les chercheurs ont mis en œuvre dans les codes principaux ELK et Octopus un ensemble d'outils permettant de nouveaux calculs, à savoir des conditions de frontières périodiques pour les solides et les impulsions laser d'intensité et de forme arbitraires. Ils ont également inventé de nouvelles fonctionnelles d'échange et de corrélation pour des calculs plus précis des matériaux réels. Dans des travaux révolutionnaires, les membres du projet ont démontré la cohérence des transferts d'énergie dans les matériaux de cellules solaires organiques. En particulier, ils ont montré que lors de la formation d'excitons, la densité de charge et l'énergie associée oscillent de manière cohérente entre le donneur et l'accepteur. Les résultats ont un impact considérable car ils valident un grand nombre d'études sur les transferts d'énergie cohérents dans la conversion d'énergie solaire et potentiellement en biologie. Jusqu'à présent, aucune étude dynamique sur le niveau électronique n'avait été effectuée sur les systèmes magnétiques. Les chercheurs ont suffisamment expliqué les processus microscopiques qui guident la démagnétisation ultrarapide dans les métaux magnétiques. Une loi de proportionnalité entre la force spin-orbite et la vitesse de démagnétisation a été établie et démontrée. Cette loi s'applique à tous les matériaux magnétiques, quel que soit leur ordre macroscopique (ferromagnétique, antiferromagnétique ou ferromagnétique). De plus, l'équipe a étudié de manière approfondie les réponses optiques des interfaces entre matériaux magnétiques et non-magnétiques. Ayant avancé sur la théorique de contrôle quantique optimal, les chercheurs peuvent désormais concevoir des impulsions laser qui entraînent la production de générations de molécules à harmoniques élevées. Cela signifie essentiellement qu'il est possible de modeler la réponse de fréquence des objets réels. Un travail similaire a été conduit sur la dynamique de spin électronique des points quantiques et des matériaux de transition en gros. Les résultats du projet CRONOS ont été publiés dans plus de 140 articles de recherche dans des revues à comité de lecture. De plus, les chercheurs participant à ce projet ont effectué plus de 100 présentations lors d'évènements internationaux et organisé environ 20 ateliers et colloques lors de conférences.
Mots‑clés
Dynamique ultrarapide, énergie solaire, magnétisation, matériaux magnétiques, théorie atomiste
