Acquis d'apprentissage

Maitriser les principes théoriques et computationnels des méthodes pour décrire la structure électronique et les propriétés de l’état solide organique 

Objectifs

Montrer comment déterminer et analyser la structure électronique et les propriétés de l’état solide organique. Mettre en évidence les spécificités associées à la prise en compte de la périodicité structurale de systèmes à une, deux et trois dimensions.  

Contenu

I. Introduction

II. Band structure calculations – principles and applications

            II.A. Bloch’s theorem and LCAO-CO method

            II.B. Band structures within the Hückel method for 1-D periodic systems

            II.C. Ab initio illustrations and comparisons with experiment

            II.D. Understanding the band structures of polyethylene and polyacetylene

            II.E. From Hückel to ab initio band structure calculations

            II.F. Band structures within the Hückel method for 2-D periodic systems

            II.G. Band structures for 3-D molecular crystals

            II.H. Case studies: molecular crystals, COFs, and MOFs

III. Describing electronic excitations

IV. Vibrational frequencies: phonon band structure

 

Table des matières

 

I. Introduction

II. Band structure calculations – principles and applications

            II.A. Bloch’s theorem and LCAO-CO method

            II.B. Band structures within the Hückel method for 1-D periodic systems

            II.C. Ab initio illustrations and comparisons with experiment

            II.D. Understanding the band structures of polyethylene and polyacetylene

            II.E. From Hückel to ab initio band structure calculations

            II.F. Band structures within the Hückel method for 2-D periodic systems

            II.G. Band structures for 3-D molecular crystals

            II.H. Case studies: molecular crystals, COFs, and MOFs

III. Describing electronic excitations

IV. Vibrational frequencies: phonon band structure

 

Méthodes d'enseignement

Les principaux concepts seront exposés au tableau et/ou par diaporama et seront illustrés par des résultats de la littérature. Deux cheminements intellectuels seront proposés : comment passer d’un système non-périodique (exemple une molécule en solution) à un système périodique (cristal) et comment gravir les échelons des systèmes périodiques à une (polymères), deux (surfaces) et trois (cristaux) dimensions

 

Méthode d'évaluation

L'évaluation consiste en un rapport de 3-4 pages sur une étude mixte, combinant analyse d’un article scientifique et simulations numériques.  Le sujet de travail sera donné à la fin de la présentation de l’unité d’apprentissage. Ce rapport sera présenté à l’enseignant en 10-15 minutes; à cette occasion, différentes questions seront posées à l’étudiant pour jauger sa compréhension de l’article, des notions essentielles du cours et des méthodes de simulation numérique. L’évaluation aura lieu au deuxième quadrimestre afin d’éviter les problèmes liés à l’accès aux ressources calculatoires (les simulations sur l’état solide sont très demandeuses en ressources calculatoires).  

Sources, références et supports éventuels

R. Hoffmann, « Solids and Surfaces – A Chemist’s view of Bonding in Extended Systems », Wiley VCH, Weinheim, 1991.

 

« A chemical approach to the orbitals of organic polymers », R. Hoffmann, C. Janiak, and C. Kollmar, Macromolecules 24, 3725 (1991).

 

E. Canadell, M.L. Doublet, and C. Jung, « Orbital Approach to the Electronic Structure of Solids », Oxford University Press, Oxford, 2016

Langue d'instruction

Formation Programme d’études Bloc Crédits Obligatoire
Master de spécialisation en nanotechnologie Standard 0 4
Master de spécialisation en nanotechnologie Standard 1 4