Mieux simuler le comportement des molécules photo-excitées

Les méthodes de simulation actuelles de dynamique moléculaire sont mises en œuvre pour prédire les propriétés physico-chimiques (réactivité, catalyse, etc…) de composés moléculaires. Bien que précises, elles font appel à différentes approximations indispensables pour simplifier les calculs1 . Malheureusement, ces approximations ne s’appliquent plus lorsque la molécule est excitée électroniquement, lorsqu’elle absorbe par exemple l’énergie d’un photon, et on doit alors décrire son état à l’aide d’une fonction d’onde moléculaire. La connaissance d’une telle fonction d’onde, ainsi que de son évolution dans le temps, permettrait de connaître toutes les propriétés « observables » (c’est-à-dire mesurables) de cette molécule. Problème : la complexité de la fonction d’onde moléculaire est telle que le calcul de son évolution temporelle devient quasiment impossible pour toute molécule possédant plus que deux atomes.

Il existe cependant deux représentations théoriques de la fonction d’onde moléculaire,  dites de « Born-Huang » et de la « Factorisation Exacte », qui autorisent de nouvelles approximations et ainsi le développement de nouveaux algorithmes de simulation des processus de photo-excitation. Dans l’article de revue paru dans WIREs Computational Molecular Science, des scientifiques du Laboratoire de chimie physique (CNSR/Université Paris-Sud/UPSaclay) et du Département de chimie de l’Université de Durham (Royaume-Uni) montrent l’équivalence des deux approches et discutent les points forts et les points faibles de ces algorithmes pour la modélisation de la dynamique de molécules dans leurs états électroniques excités.

Référence

Federica Agostini, Basile F. E. Curchod
Different flavors of nonadiabatic molecular dynamics
WIREs Computational Molecular Science 9 août 2019
https://doi.org/10.1002/wcms.1417

• 1On considère par exemple que les noyaux d’une molécule se comportent de manière classique et que ses électrons restent toujours dans leur arrangement le plus stable, énergétiquement parlant.