Clusters nanométriques comme intermédiaires entre molécules et état solide. Une approche théorique – NanoTheo

Si l'on diminue indéfiniment la dimension d'un solide, on arrive à une situation où les propriétés initiales du solide changent et même disparaissent au profit de celles d'une molécule. A un certain moment, entre l'état massif et la molécule, on entre dans un monde fait de particules de quelques nanomètres constituées de quelques atomes, voire quelques douzaines d'atomes, qui ne développent plus tout à fait les propriétés d'un solide sans pour autant montrer celles d'une molécule, étant à la croisée entre les deux états. Ces nanoparticules, clusters ou colloïdes, appelées quantum dots en raison de leurs propriétés spécifiques liées au régime nanométrique, peuvent développer des propriétés intrinsèques en catalyse, en optique, en électronique et en magnétisme, ouvrant la voie à un nouveau domaine susceptible d'avoir de nombreuses applications allant des lasers aux dispositifs opto-électroniques en passant par le marquage fluorescent en biologie. Bien sûr, on n'empêchera jamais une part essai-erreur dans la recherche de nouveaux nano-matériaux à propriétés spécifiques, mais mieux on comprendra leur aspect fondamental, mieux on ciblera leur recherche. Autrement dit, connaître le comportement des électrons confinés dans ces nanoparticules est crucial pour bien comprendre leurs propriétés. Le sujet de recherche proposé s'inscrit dans ce cadre, visant à rationaliser de façon théorique les propriétés structurales et physico-chimiques de deux familles de nanoclusters moléculaires à ligands, de composition parfaitement définie et stables au sens chimique du terme (c'est-à-dire isolables dans des conditions relativement douces), dont la structure électronique n'a pas encore été étudiée de façon systématique. Des calculs de chimie quantiques nous serviront à tenter de répondre à des questions d'ordre fondamental telles que : - Pourquoi de tels objets chimiques nanoscopiques existent-ils et sont-ils stables ? - Pourquoi ont-ils telle structure et pas une autre ? - Pourquoi de telles espèces possèdent-elles un compte d'électrons précis (ou presque) malgré leur dimension ? - Qu'en est-il de leurs propriétés physico-chimiques ? Approchent-elles celles d'espèces moléculaires, de l'état massif ou de surfaces ? Pour obtenir des réponses raisonnables à ces questions, la grande expérience de notre groupe de recherche dans le domaine des relations structures/compte électronique, tant pour les systèmes moléculaires, en particulier les clusters que pour les systèmes de l'état solide devrait être hautement bénéfique.