Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
agrégats métalliques,résonance de plasmon de surface,calculs ab initio,théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps,propriétés optiques,
Keywords
Metal clusters,surface plasmon resonance,ab initio calculations,time-dependent density-functional theory,optical properties,
Titre de thèse
Modélisation des propriétés optiques de nanoparticules métalliques
Ab-Initio Simulation of Optical Properties of Noble-Metal Clusters
Date
Friday 19 January 2018 à 14:00
Adresse
Salle Raymond Kern,
CINaM-Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille,
Campus de Luminy, Case 913,
13288 Marseille Cedex 09, France. Salle Raymond Kern
Jury
Directeur de these |
Mme Christine MOTTET |
CINaM-Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille, Aix-Marseille Université |
Rapporteur |
Mme Eleonora LUPPI |
Laboratoire de Chimie Théorique, Université Pierre et Marie Curie - CNRS |
Rapporteur |
M. Thomas NIEHAUS |
Institut Lumière Matière, UMR5306 CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1 |
Examinateur |
Mme Magali BENOIT |
CEMES-UPR8011- Toulouse |
Examinateur |
M. Rubén ESTEBAN |
Donostia International Physics Center (DIPC) in San Sebastián-Donostia |
Examinateur |
M. Matthias HILLENKAMP |
Institut Lumière Matière, UMR5306 CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1 |
CoDirecteur de these |
M. Hans-Christian WEISSKER |
CINaM-Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille, Aix-Marseille Université |
CoDirecteur de these |
M. Pablo GARCíA-GONZáLEZ |
Dept. de Física Teórica de la Materia Condensada and Condensed Matter Physics, Center IFIMAC, Universidad Autónoma de Madrid |
Résumé de la thèse
Lintérêt de la recherche fondamentale pour les morceaux nanométriques de métaux no-
bles est principalement dû à la résonance localisée des plasmons de surface (LSPR) dans
labsorption optique. Différents aspects, liés à la compréhension théorique de la LSPR
dans le cas de clusters de métaux nobles de taille dite intermédiaire, sont étudiés dans ce
manuscrit. Afin davoir une vision plus large nous utilisons deux approches : lapproche
électromagnétique classique et le formalisme ab initio en temps réel de la théorie de la
fonctionnelle de la densité dépendant du temps (RT-TDDFT). Une comparaison systéma-
tique et détaillée de ces deux approches souligne et quantifie les limitations de lapproche
électromagnétique lorsquelle est appliquée à des systèmes de taille quantique. Les dif-
férences entre les excitations plasmoniques collectives et celles impliquant les électrons
d, ainsi que leurs interactions, sont étudiées grâce au comportement spatial des densités
correspondantes. Ces densités sont obtenues en appliquant une transformée de Fourier
dans lespace à la densité obtenue par les simulations DFT utilisant une perturbation
delta-kick. Dans ce manuscrit, des clusters de métaux nobles nus et protégés par des
ligands sont étudiés. En particulier, motivé par de récents travaux sur les phénomènes
démergence de plasmon, létude par TD-DFT de nano-alliages Au-Cu de taille tout juste
inférieure à 2nm à fourni de subtiles connaissances sur les effets dalliages sur la réponse
optique de tels systèmes.
Thesis resume
The fundamental research interest in nanometric pieces of noble metals is mainly due to
the localized surface-plasmon resonance (LSPR) in the optical absorption. Different as-
pects related to the theoretical understanding of LSPRs in intermediate-size noble-metal
clusters are studied in this thesis. To gain a broader perspective both the real-time ab
initio formalism of timedependent density-functional theory (RT-TDDFT) and the clas-
sical electromagnetics approach are employed. A systematic and detailed comparison of
these two approaches highlights and quantifies the limitations of the electromagnetics
approach when applied to quantum-sized systems. The differences between collective
plasmonic excitations and the excitations involving d-electrons, as well as the interplay
between them are explored in the spatial behaviour of the corresponding induced den-
sities by performing the spatially resolved Fourier transform of the time-dependent in-
duced density obtained from a RT-TDDFT simulation using a δ-kick perturbation. In this
thesis, both bare and ligand-protected noble-metal clusters were studied. In particular,
motivated by recent experiments on plasmon emergence phenomena, the TDDFT study
of Au-Cu nanoalloys in the size range just below 2 nm produced subtle insights into the
general effects of alloying on the optical response of these systems.