Étude théorique de collisions inélastiques atome – diatome sous l’action d’un champ magnétique : applications en Astrochimie et au domaine du refroidissement et du piégeage moléculaires, Theoretical studies of atom - diatom inelastic collisions under magnetic field : applications in Astrochemistry and in the field of molecular cooling and trapping

Florence Turpin

Description

Sous la direction de Thierry Stoecklin
Thèse soutenue le 17 décembre 2010: Bordeaux 1
D’immenses progrès ont été réalisés ces dernières années dans le champ de production de condensats de Bose-Einstein moléculaires pour l’obtention et le piégeage de molécules ultrafroides ioniques et neutres. Ces échantillons de molécules ultrafroides trouvent des applications dans des domaines très variés tels que les mesures pectroscopiques de haute précision ou bien encore le stockage de l’information quantique. La volonté d’optimiser les procédés de refroidissement et des techniques de piégeage a stimulé un grand nombre d’études théoriques. La plupart de ces études sont dédiées au refroidissement des molécules en collision avec un gaz tampon (3 He). La surface d’énergie potentielle de l’état fondamental du complexe de van der Waals He–MnH(X7Σ+) est présentée, suivie du calcul des états liés correspondant au complexe ainsi que l’étude de la relaxation Zeeman associée au système en fonction du champ magnétique appliqué. Dans le domaine de l’astrochimie, l’étude de la désexcitation rotationnelle de CH+ en collision avec l’hélium est également présentée.
-Molécules ultrafroides
-Résonances de feshbach pilotées par champ magnétique
-Surface d’énergie potentielle
-Astrochimie
Tremendous progress in experimental production and trapping of ultracold neutral and ionic molecules has been achieved over the past few years which even allowed the production of molecular Bose–Einstein condensates. These ultracold molecules samples have potential applications in many different fields, such as precision spectroscopic measurements or quantum information storage and processing. The optimization of the cooling processes and the trapping techniques also stimulated a great number of theoretical studies. Many of them are dedicated to inelastic scattering of molecules in collisions with 3He atoms (buffer gas cooling method). The potential energy surface of the ground state of the He–MnH(X7Σ+) van der Waals complex is presented, followed by the calculations of the bound states of this system and the Zeeman relaxation in function of the magnetic field. In the field of astrochemistry, a quantum mechanical investigation of rotational energy transfer in cold collisions of CH+ with 4He atoms is presented.
-Ultracold molecules
-Feshbach resonances tuned by magnetic field
-Potential energy surface
-Astrochemistry
Source: http://www.theses.fr/2010BOR14205/document

Sujets

• Surface d'énergie potentielle
• Astrochimie

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 28 Mo

Extrait

N° d’ordre : 4205
THESE
Présentée devant :
L’Université Bordeaux 1
Pour obtenir le grade de :
Docteur de l’Université Bordeaux 1
Mention : Chimie Physique
Par
Florence TURPIN
Equipe d’accueil : Institut des Sciences Moléculaires, Université Bordeaux 1
Ecole Doctorale : Sciences Chimiques

Étude théorique de collisions inélastiques atome – diatome sous l’action
d’un champ magnétique:
applications en Astrochimie et au domaine du refroidissement et du
piégeage moléculaires

Soutenue le 17 décembre 2010
Après avis de : M. Olivier DULIEU Directeur de Recherche Rapporteur
M. Pascal HONVAULT Professeur Rapporteur
Devant la commission d’examen formée par :
M. Daniel LIOTARD Professeur Président
M. Olivier DULIEU Directeur de Recherche Rapporteur
M. Pascal HONVAULT Professeur Rapporteur
M. Maurice MONNERVILLE Professeur Examinateur
M. Philippe HALVICK Chargé de Recherche Examinateur
M. Thierry STOECKLIN Directeur de Recherche

























A mes parents et aïeux
A Thierry et Crevette
A Tintin
A ma famille
A mes amis Avant-propos

Je remercie tout d’abord Monsieur Olivier Dulieu, directeur de recherche au CNRS, et
Monsieur Pascal Honvault, Professeur à l’Université de Franche-Comté, d’avoir accepté de
juger ce travail de thèse en qualité de rapporteurs. J’adresse également mes sincères
remerciements à Monsieur Daniel Liotard, Professeur à l’Université Bordeaux 1, et à Monsieur
Maurice Monnerville, Professeur à l’Université de Lille, qui ont eu l’amabilité de participer à ce
jury en qualité de président et d’examinateur.
Le travail présenté dans ce rapport a été effectué à l’Institut des Sciences Moléculaires (ISM). Je
tiens en premier lieu à remercier Monsieur Philippe Garrigues, directeur de l’ISM, pour m’avoir
accueilli au sein de son institut.
Je tiens à remercier chaleureusement le Professeur Jean-Claude Rayez pour m’avoir accueillie au
sein du groupe théorie. Depuis notre rencontre dans le cadre du label de chimie théorique, je n’ai
pu qu’admirer son enthousiasme, sa bienveillance et ses qualités de pédagogue hors pair. Nos
discussions guidées par son bon sens m’ont toujours été précieuses…

Ce doctorat n’aurait pu être mené sans l’aide et le soutien de Monsieur Thierry Stoecklin,
directeur de recherche au CNRS, qui m’a ouvert au monde extraordinaire de la physique froide !
Sa patience et son dynamisme ont été les moteurs des moments agréables et fructueux passés
ensembles.

J’aimerais, à présent, adresser mes remerciements, sincères et profonds, au chargé de recherche
Philippe Halvick. Philippe est, sans conteste, l’une des personnes les plus brillantes qu’il m’ait
été donné de rencontrer. Sa discrétion et son humilité n’ont fait qu’accroître toute l’estime que je
lui porte. Je le considère, à ce jour, comme un ami. Sa compétence et son efficacité ont été
indispensables au succès de cette thèse. J’espère sincèrement que nous aurons l’occasion de
travailler de nouveau ensemble.
Je tiens également à exprimer mon admiration à l’encontre du Professeur Daniel Liotard,
véritable puits de science, pour sa disponibilité, sa curiosité sans cesse renouvelée et le reste
aussi…

Par la suite, je tiens à remercier Marité pour cette amitié rythmée de discussions qui m’ont
beaucoup apportée et que je souhaite vivement poursuivre !

Je remercie Cédric Crespos pour l’aide et le soutien apportés au cours de conversations aussi
bien scientifiques qu’informelles.

Un remerciement particulier adressé à Laurent Servant, directeur de l’Ecole Doctorale hors pair !
Merci encore pour tous les conseils qu’il m’a prodigués, sa gentillesse et disponibilité et son
« éducation ». Je garderai longtemps ses paroles en tête pour avancer. Merci d’être accessible et
à l’écoute…

Je voudrais témoigner ma profonde gratitude à l’ensemble des personnes rencontrées au cours de
mes activités d’enseignement, à l’Université Bordeaux 1 ainsi qu’à la prépa CAPES. Je remercie
en particulier Astrid Bergeat, Christian Naulin, Frédéric Nallet dont les conseils avisés guideront
longtemps mes pas. Merci aussi à Raph’ et Philippe A. pour leur précieuse aide en informatique
et leur disponibilité.

Je tiens également à remercier l’ensemble du groupe « théo » pour leur accueil et leur gentillesse.
J’ai particulièrement apprécié les discussions informelles que nous avons pu partager autour d’un
repas ou d’un café. Je souhaite particulièrement remercier Laurent, Pascal, Laure, Francis.

Merci aussi à tout le personnel de l’ISM dont Karine Ndiaye et Fabrice Forlini pour leur
disponibilité, leur gentillesse et leur efficacité dans les derniers instants de ma thèse !!

Je remercie mes amis que j’ai eu l’opportunité de côtoyer durant ces trois dernières années pour
ces instants formidables qui ont motivé mon assiduité. J’adresse particulièrement mon amitié à
ma p’tite cousine adorée Magalou, Aurélie et ses parents, Laëtitia Renard, Guy Rouquet,
Grégoire Guillon, Jérôme Alsarraf, Seyhan, Gaël, Alice et Tristan !
Merci pour les très bons moments passés avec mes compatriotes de bureau : Ju, Enora, Aude,
Elena, Steph’, Chris, Ernesto (pour la salsa), Anastasia (vive la Grèce !), Etienne et Flavio (le
p’tit nouveau) pour leur aide, leur encouragement et leur soutien. Merci aussi aux « fouteux »
avec qui j’ai partagé de vrais moments de détente ! Et à Mike et Emilie rencontrés sur le tard
mais à qui je souhaite une très bonne continuation : bonne route !!!





MERCI A TOUS !

















Table des matières





Chapitre 1. Introduction générale.


1.1 Préalable : à la découverte d’un nouvel état de la matière p. 9
1.2 Un panel d’applications p. 11
1.2.1 La dynamique moléculaire contrôlée p. 11
1.2.2 Spectroscopie haute résolution et tests des lois physiques fondamentales p. 11
1.2.3 L’information quantique p. 12
1.2.4 Simulations quantiques p. 13
1.2.5 Mesures de précision : horloges atomiques et capteurs quantiques p. 15
1.3 Formation des molécules froides p. 16
1.4 L’astrochimie : un autre domaine d’intérêt de la Chimie froide p. 23
1.4.1 : Chimie dans le milieu interstellaire p. 24
1.5 Motivations et choix des systèmes p. 25
1.6 Présentation du travail de thèse p. 26
Etude du diatome MnH en collision avec l’hélium
fermionique

Chapitre 2. Méthodes ab initio.

2.1 Introduction p. 32
2.2 Séparation des mouvements nucléaires et électroniques p. 32
2.3 Hiérarchie des méthodes de calculs ab initio p. 35
2.3.1 Méthode Hartree-Fock p. 35
2.3.1.1 Approximation orbitalaire, spin électronique p. 35
2.3.1.2 Fonction d’onde Hartree-Fock p. 36
2.3.2 Les méthodes d’interaction de configurations p. 37
2.3.2.1 Méthode mono-référence : Clusters Couplés p. 37
2.3.2.1.1 Coût computationnel p. 39
2.3.2.1.2 Contributions des excitations triples p. 39
2.3.2.1.3 Diagnostics T1 et D1 p. 40
2.3.2.1.4 Extensité en taille p. 41
2.3.2.2 Méthodes multi-références p. 42
2.3.2.2.1 MCSCF (Multi-Configurational Self-Consistent Field) p. 42
2.3.2.2.2 CASSCF (Complete Active Space Self-Consistent Field) p. 43
2.3.2.2.3 MRCI (Internally Contracted Multi-Reference Configuration
Interaction) p. 45
2.4 Effets relativistes p. 48
2.5 Les bases atomiques p. 49
2.6 Erreur de superposition de base p. 50
2.7 Conclusion p. 51