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[SEMINAR] January 2023 – Simulations numériques ab initio de l’irradiation ionisante de la matière 🧑‍🏫 Auréllien de la Lande

Nous avons développé à l’Institut de Chimie Physique d’Orsay des approches de simulation ab initio originales pour simuler le dépôt d’énergie par des ions rapides ou des photons XUV dans des systèmes moléculaires de grandes tailles, tels que ceux rencontrés en biologie1. Durant ce séminaire, nous intro- duirons les équations du mouvement des électrons dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité2. 

Nos codes de simulation reposent sur de nouveaux algorithmes de la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendant du temps permettant de simuler des systèmes de taille nanométrique et inhomo- gènes3,4. L’une des astuces principales est de recourir à des densités électroniques auxiliaires permettant de calculer la répulsion coulombienne et les effets liés à la nature quantique des électrons (échange et corrélation). Le couplage avec la librairie ScaLapack permet une réduction importante du cout de calcul du propagateur3. Pour aller plus loin une interface avec la libraire Magma a récemment été réalisée. La réduction du coût de calcul est remarquable et permet d’entrevoir des applications sans précédent en terme de taille de systèmes simulés. 

J’illustrerai l’apport de ces approches par diverses études récentes du groupe. Un premier exemple a trait à l’irradiation comparée d’oligomères d’ADN solvatés par des protons, de noyaux d’hélium ou de carbone (Fig. 1)5. L’étude a permis de mettre en évidence des processus clés de l’étape physique de l’irradiation ; par exemple le mécanisme d’ionisation par flux-et-reflux du nuage électronique, la localisation des électrons secondaires ou encore les probabilités d’ionisation des bases d’ADN ou du solvant5. Dans un second exemple je mettrai en évidence un effet de taille remarquable lors le processus d’ionisation d’acide aminés, de peptides et de protéines par des photons ionisant XUV. Cette découverte permet de faire des hypothèses sur les sites d’ionisation primaires possibles du milieu cellulaire par ce type de rayonnement.

🧑‍🏫 Aurélien de la Lande, CNRS
🌎 January 25 2023

Nous avons développé à l’Institut de Chimie Physique d’Orsay des approches de simulation ab initio originales pour simuler le dépôt d’énergie par des ions rapides ou des photons XUV dans des systèmes moléculaires de grandes tailles, tels que ceux rencontrés en biologie1. Durant ce séminaire, nous intro- duirons les équations du mouvement des électrons dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité2. 

Nos codes de simulation reposent sur de nouveaux algorithmes de la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendant du temps permettant de simuler des systèmes de taille nanométrique et inhomo- gènes3,4. L’une des astuces principales est de recourir à des densités électroniques auxiliaires permettant de calculer la répulsion coulombienne et les effets liés à la nature quantique des électrons (échange et corrélation). Le couplage avec la librairie ScaLapack permet une réduction importante du cout de calcul du propagateur3. Pour aller plus loin une interface avec la libraire Magma a récemment été réalisée. La réduction du coût de calcul est remarquable et permet d’entrevoir des applications sans précédent en terme de taille de systèmes simulés. 

J’illustrerai l’apport de ces approches par diverses études récentes du groupe. Un premier exemple a trait à l’irradiation comparée d’oligomères d’ADN solvatés par des protons, de noyaux d’hélium ou de carbone (Fig. 1)5. L’étude a permis de mettre en évidence des processus clés de l’étape physique de l’irradiation ; par exemple le mécanisme d’ionisation par flux-et-reflux du nuage électronique, la localisation des électrons secondaires ou encore les probabilités d’ionisation des bases d’ADN ou du solvant5. Dans un second exemple je mettrai en évidence un effet de taille remarquable lors le processus d’ionisation d’acide aminés, de peptides et de protéines par des photons ionisant XUV. Cette découverte permet de faire des hypothèses sur les sites d’ionisation primaires possibles du milieu cellulaire par ce type de rayonnement.