Emmanuel Fromager
Biographie
Emmanuel Fromager est professeur titulaire de chimie quantique à l'université de Strasbourg depuis 2019 ; il dirige le Laboratoire de chimie quantique (LCQS) au sein de l'institut de chimie de Strasbourg (IC). Ses recherches portent sur le développement de théories de la structure électronique permettant de traiter la corrélation électronique forte et les états excités.
Le professeur Fromager a été diplômé de l’Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (ISAO-SUPAERO, Toulouse, France) en 2002. Il a soutenu en 2005 sa thèse de doctorat en cotutelle (Toulouse et Stockholm, Suède) sur le développement de méthodes en chimie quantique relativiste et leur application à la chimie des actinides. Après deux postdoctorats en Scandinavie (deux ans à Odense, Danemark et un an à Tromsø, Norvège) consacrés au développement de la théorie de la fonctionnelle de la densité multi-configurationnelle, il a été nommé maître de conférences à l'université de Strasbourg en 2008.
Les deux thèmes de recherche actuels d’Emmanuel Fromager sont la théorie de la fonctionnelle de la densité d'ensemble pour les excitations électroniques [E. Fromager, Phys. Rev. Lett. 124, 243001 (2020)] ainsi que la théorie de l'imbrication quantique [S. Sekaran, O. Bindech, and E. Fromager, J. Chem. Phys. 159, 034107 (2023)].
Fellowship 2024
Dates - 01/10/2024-30/09/2026
Résumé du projet
DYNAMIQUE NUCLÉAIRE QUANTIQUE COUPLÉE À LA THÉORIE DE LA FONCTIONNELLE DE LA DENSITÉ POUR LES ENSEMBLES ÉLECTRONIQUES : FORMULATIONS EXACTES ET APPROCHÉES
La réalisation de simulations informatiques précises de réactions chimiques induites par la lumière reste un défi, en particulier lorsque les complexes moléculaires étudiés sont relativement grands. En effet, outre la description quantique des noyaux, qui est en principe nécessaire, les excitations électroniques au sein de la molécule doivent également être modélisées de manière adéquate.
D'une part, la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), qui est devenue la méthode de choix en chimie quantique et en science des matériaux, décrit les électrons dans leur niveau d'énergie le plus bas (ce qu'on appelle l'état fondamental). D'autre part, la DFT pour les ensembles (eDFT), qui est une extension naturelle et en principe exacte de la DFT aux états électroniques excités, semble être le candidat idéal pour formuler la DFT au-delà de l'approximation usuelle de Born-Oppenheimer, qui n’est plus valide dès lors que des processus photochimiques interviennent.
L'objectif du projet est double : tout d’abord, nous souhaitons formuler une nouvelle théorie quantique des électrons et des noyaux qui est en principe exacte et dans laquelle un traitement en eDFT des électrons est couplé à une description des noyaux à l’aide d’une fonction d'onde. Sur cette base, nous voulons ensuite identifier et développer différents niveaux d'approximation (y compris des approximations hybrides quantiques/classiques) et les calibrer sur des systèmes modèles. Notre objectif final est de concevoir de nouvelles méthodes permettant de réaliser des simulations fiables et à grande échelle de processus photochimiques.
Autres informations et actualités (activités, personnel du projet, publications...)
- Un article récent en lien avec le projet : “Density functional theory beyond the Born-Oppenheimer approximation: Exact mapping onto an electronically non-interacting Kohn-Sham molecule”, E. Fromager and B. Lasorne, 2024 Electron. Struct. 6 025002, DOI: 10.1088/2516-1075/ad45d5
Lucien Dupuy (chercheur postdoctoral) a réalisé son doctorat (2019-2022) au sein du laboratoire Univers et particules de Montpellier, sous la direction de Yohann Scribano. Son travail de thèse portait sur l’inclusion d’effets quantiques nucléaires dans des simulations de dynamique moléculaire par trajectoires, ce qui permet de modéliser les réactions bimoléculaires ayant lieu par effet tunnel aux très basses températures du milieu interstellaire. Lors de son premier post-doctorat (2023-2025), dans le groupe de Neepa Maitra (université Rutgers, États-Unis), il a prolongé ces travaux par la modélisation de la dynamique non-adiabatique électrons-noyaux au moyen du formalisme de la factorisation exacte, une approche qui permet de simuler la relaxation/réactivité de molécules photo-excitées. Il a également développé une méthode d’apprentissage par intelligence artificielle permettant de grandement accélérer les simulations de dynamique non-adiabatique en interaction avec le groupe de Roberto Car (université de Princeton). Depuis début 2025, il réalise son second stage postdoctoral à l’université de Strasbourg, sous la direction d’Emmanuel Fromager et de Benjamin Lasorne, développant une nouvelle manière de décrire la corrélation électrons-noyaux par le biais d’une théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) moléculaire. Le but de cette approche est de dépasser les limitations de la DFT électronique pour la dynamique des états excités, et de développer des approches dynamiques originales via ses expertises déjà acquises.
