Étude quantique de la chimisorption d`atomes d`hydrogène sur une
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Étude quantique de la chimisorption d’atomes d’hydrogène sur une surface graphitique Responsable du stage : Didier LEMOINE Laboratoire Collisions, Agrégats, Réactivité Université Paul Sabatier, Bâtiment 3R1B4, porte 100 Mél. : [email protected] L’interaction de l’hydrogène atomique avec une surface graphitique joue un rôle primordial dans des phénomènes aussi variés que la production de H 2 dans le milieu interstellaire ou l’érosion des parois de tokamak par le plasma de fusion ainsi que la rétention du carburant de fusion (deutérium et tritium) dans ces mêmes parois. Le collage d’atomes en surface constitue une étape limitante et le processus dynamique en est assez mal connu. Dans le cas d’une chimisorption, une liaison H-C d’environ 0.65 eV se forme par extraction d’un atome de carbone du plan de la surface, avec un déplacement d’environ 0.4 Å. L’atome d’hydrogène incident doit perdre de l’énergie pour se chimisorber. Pour cela, il peut rentrer en résonance avec un état quasi-lié de chimisorption, et si la durée de vie en est suffisamment longue (de l’ordre de 1 ps ou plus), transférer de l’énergie dans les modes de vibrations collectives de surface [1]. Les états dits quasi-lié ou de résonance correspondent à des états vibrationnellement excités du système H-C-surface. Le but du stage proposé est de déterminer les états quantiques de résonance de l’interaction H-C-graphite, à 3 dimensions, en fonction de la distance C-graphite et des séparations H-C normale et latérale, par rapport à la surface. On peut à ce stade estimer l’efficacité relative du piégeage induit par résonance, en fonction de l’énergie d’incidence et de l’espèce isotopique, H, D ou T. Il faut ensuite considérer explicitement un mode de vibration du réseau cristallin responsable d’un collage effectif. L’outil de simulation est le schéma itératif de Lanczos qui fait agir de manière répétitive le hamiltonien sur un vecteur initialement aléatoire. Les itérations successives permettent de construire une matrice tridiagonale, complexe symétrique, dont la diagonalisation fournit les valeurs propres (énergies pour la partie réelle et largeurs inversement proportionnelles aux durées de vie, pour la partie imaginaire) des niveaux résonants, à partir desquelles on peut en déduire les états propres. Cette étude s’insère dans un effort national, interdisciplinaire, pour comprendre la dynamique de l’hydrogène près des surfaces (cf http://www.u-cergy.fr/GDR-ARCHES). Références [1] Sha X, Jackson B, Lemoine D, Lepetit B, “Quantum studies of H atom trapping on a graphite surface”, J. Chem. Phys. 122 (2005) 014709–1–8.
