À l’interface entre mécanique quantique et classique, des méthodes de simulation dites quantiques-classiques sont introduites à partir de la théorie de la factorisation exacte de la fonction d’onde moléculaire [Agostini2021]. Cette théorie se place au centre des efforts de la communauté physico-chimique internationale pour traiter la chimie au-delà de l’approximation de Born-Oppenheimer. Dans ce type d’approche, la dynamique couplée des électrons et des noyaux dans une molécule est représentée de façon approchée en utilisant une description pseudo-classique nucléaire, en termes de trajectoires, et une description quantique électronique, en termes de fonctions d’onde.

Le but de ces développements théoriques et computationnels est de proposer des algorithmes de dynamique moléculaire pour les états électroniques excités adaptés à décrire différentes réactions photochimiques, comme la photo-isomérisations trans-cis dans l’azobenzène [Pieroni2024] ou la dynamique de l’uracile après ionisation [Villaseco-Arribas2023], caractérisées par des phénomènes de dé-excitation non-radiative ultrarapide à travers les intersections coniques [Ibele2022] et les croisements inter-systèmes [Talotta2020].

Notre intérêt pour les applications en photochimie est accompagné par des développements théoriques sur les aspects fondamentaux de la théorie de la factorisation exacte. Nous étudions, par exemple, les effets de phase géométrique, du type phase de Berry, dans la dynamique au voisinage des intersections coniques [Ibele2023], dans le cadre d’une collaboration internationale avec l’Université de Durham (Royaume Uni). En collaboration avec l’Université de Montpellier, nous avons combiné la factorisation exacte avec l’idée de trajectoires quantiques pour décrire des phénomènes de type effet tunnel. Récemment, la factorisation exacte purement électronique est utilisée pour des développements en théorie de la fonctionnelle de la densité.