Evolution des codes ISAAC et Xpn pour une extension de la méthode QRPA au traitement complet des noyaux impairs ; vers une base de données sans interpolation pour les noyaux impairs

Le traitement explicite des noyaux à isospin impair dans les approches microscopiques se limite pour l’instant à l’approximation dite du « blocking ». Dans l’approche Hartree-Fock Bogolyubov (HFB), l’état fondamental d’un noyau de masse impaire est décrit comme une excitation à une quasi-particule (qp) sur son vide de référence. Ainsi, dans l’approche QRPA, où les excitations de base sont des états «?à 2 quasi-particules?», la qp bloquée est exclue de l’espace de valence en vertu du principe d’exclusion de Pauli?; principe applicable aux quasi-particules qui sont des fermions. En conséquence, la qp choisie est spectatrice et ne participe pas aux états collectifs QRPA. Certains niveaux où le nucléon célibataire devrait avoir une contribution significative seront alors soit mal, soit pas du tout, reproduits. La mise au point dans les codes QRPA (ISAAC et Xpn) d’une procédure qui permette à tous les nucléons de participer aux états collectifs est donc d’importance capitale pour une description microscopique des noyaux impairs, préférable à une simple interpolation entre noyaux pairs. De plus, des développements récents de Xpn ont permis la description des décroissances ß- premières interdites, ce qui améliore l’estimation de temps de demi-vie des fragments de fission. Ceci pourrait être étendu afin de traiter également les décroissances ß+ et les captures électroniques. Couplée avec un meilleur traitement des noyaux impairs, cette approche pourrait être adaptée aux calculs à grandes échelles, utiles également pour l’astrophysique nucléaire. 

Calcul de la conductivité thermique du combustible UO2 et l’influence des défauts d’irradiation

L’étude du comportement sous irradiation du combustible nucléaire fait l’objet de simulations dont les résultats dépendent étroitement de ses propriétés thermiques et de leurs évolutions avec la température et l’irradiation. La conductivité thermique de l’oxyde 100% dense peut à présent être obtenue par dynamique moléculaire à l’échelle du monocristal, en calculant les constantes de forces d’ordre 2, 3 et 4[1], mais l’effet de défauts comme les défauts induits par l’irradiation (boucle d’irradiation, amas de lacunes) voire même des joints de grains (céramique avant irradiation) restent difficiles à évaluer de façon couplée.
L’ambition de ce travail est d’inclure des défauts dans des supercellules et de calculer leur effet sur les constantes de force. En fonction de la taille des défauts considérés nous utiliserons soit la DFT soit un potentiel empirique ou numérique pour effectuer la dynamique moléculaire. AlmaBTE permet de calculer la diffusion des phonons par des défauts ponctuels [2] et le calcul de la diffusion des phonons par les dislocations et leur transmission à une interface ont aussi été récemment implémentés. Ainsi, le chaînage calculs atomistiques / AlmaBTE permettra de déterminer l’effet de la miscrostructure polycristalline et des défauts d’irradiation sur la conductivité thermique. A l’issue de ce post-doc, les propriétés obtenues seront utilisées dans les outils de simulation existants afin d’estimer la conductivité d’un élément de volume (effet additionnel de la microstructure notamment du réseau poreux, méthode FFT), donnée qui sera enfin intégrée dans la simulation du comportement de l’élément combustible sous-irradiation.
Le travail s’effectuera au sein du Département d’Études des Combustibles du CEA, dans un environnement scientifique caractérisé par une grande expertise sur la modélisation des matériaux, en collaboration étroite avec d’autres équipes du CEA à Grenoble et en région parisienne expertes des calculs atomistiques. Les résultats

Modélisation des qubits de spins silicium et germanium

Les qubits de spin silicium/germanium ont fait des progrès remarquables au cours des deux dernières années. Dans ces dispositifs, l'information élémentaire est stockée sous la forme d'une superposition cohérente des états de spin d'un électron dans une hétérostructure Si/SiGe, ou d'un trou dans une hétérostructure Ge/SiGe. Ces spins peuvent être manipulés électriquement grâce au couplage spin-orbite intrinsèque (ou synthétique) et être intriqués par des interactions d'échange, permettant la mise en œuvre d'une variété de portes à un et deux qubits nécessaires au calcul et à la simulation quantiques. Les objectifs de ce postdoctorat sont de renforcer nos connaissances et de soutenir le développement des qubits de spin d'électrons et de trous basés sur des hétérostructures Si/Ge grâce à la modélisation analytique ainsi qu'à la simulation numérique avancée. Les sujets d'intérêt incluent la manipulation et la lecture du spin, les interactions d'échange dans les réseaux 1D et 2D, la cohérence et les interactions avec d'autres particules telles que les photons. Le/La candidat(e) sélectionné(e) rejoindra un projet dynamique réunissant > 50 personnes avec des expertises variées couvrant la conception, la fabrication, la caractérisation et la modélisation des qubits de spin. Il/Elle pourra commencer début 2023, pour une durée maximale de trois ans.

Postdoctorat sur la modélisation des qubits de spin

Un post-doctorat est ouvert à l'Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG) du CEA Grenoble (France) sur la théorie et la modélisation des bits quantiques de spin silicium (qubits). Le projet débutera début 2022, pour une durée maximale de deux ans.
Les technologies de l'information quantique sur silicium ont suscité un intérêt croissant ces dernières années. Grenoble développe une plateforme originale basée sur la technologie « silicium sur isolant » (SOI). Afin de relever les défis des technologies de l'information quantique, il est essentiel de soutenir l'activité expérimentale avec de la modélisation avancée. Pour cela, le CEA développe activement le code « TB_Sim ». TB_Sim est capable de décrire des structures de qubit très réalistes jusqu'à l'échelle atomique lorsque cela est nécessaire, en utilisant des modèles k.p multi-bandes et des liaisons fortes atomistiques pour la structure électronique des matériaux. Les objectifs de ce projet post-doctoral sont de renforcer notre compréhension des qubits de spin et de progresser dans la conception de dispositifs et de réseaux de qubits de spin Si et Si/Ge performants et fiables en utilisant une combinaison de modèles analytiques et de simulations numériques avancées avec TB_Sim. Les sujets d'intérêt incluent la manipulation et la lecture de spin dans les qubits d'électrons et de trous, les interactions d'échange dans des matrices de qubits 1D et 2D et le fonctionnement des portes multi-qubits, la sensibilité au bruit (décohérence) et au désordre (variabilité). Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet européen QLSI et sera fortement couplé à l'activité expérimentale à Grenoble et chez les partenaires du CEA en Europe.

Développement d'une instrumentation multi-détecteurs modulaire pour la mesure de paramètres atomiques et nucléaires

Le projet LNE PLATINUM (PLATeforme d’Instrumentation NUmérique Modulable) a pour objectif de développer une plateforme modulable, dans le but de tester de nouvelles instrumentations utilisant deux ou plusieurs détecteurs en coïncidence. Le principe mis en œuvre dans ce projet s’appuie sur la détection simultanée d’interactions ayant lieu dans deux détecteurs différents, en recueillant des informations sur le type de particule et son énergie (spectroscopie). Ce principe est à la base de mesures absolues d’activité ou des systèmes actifs de réduction du fond continu pour améliorer les limites de détection. Mais il permet également de mesurer des paramètres caractérisant le schéma de désintégration, comme les coefficients de conversion interne, les rendements de fluorescence ou les corrélations angulaires entre les photons émis en cascade.

Fort de son expertise en données atomiques et nucléaire, le LNHB constate depuis de nombreuses années l’incomplétude des schémas de désintégration pour certains radionucléides. Ces schémas, établis lors de l’évaluation à partir des données mesurées existantes, présentent parfois des incohérences ou des transitions mal connues, en particulier en présence de transitions gamma fortement converties ou de très faible intensité (par exemple les études récentes sur 103Pa, 129I et 147Nd ont révélé de telles incohérences). Il apparaît donc important pour le LNHB de mieux maîtriser la technique de mesure en coïncidences, en tirant parti des nouvelles possibilités en termes d’acquisitions et d’horodatage des données pour apporter des compléments d’information sur les schémas de désintégration et contribuer à leur amélioration.

Modélisation des réseaux de qubits silicium-sur-isolant

Un post-doctorat est ouvert à l’Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG, anciennement INAC) du CEA Grenoble (France) sur la théorie et la modélisation des réseaux de bits quantiques silicium-sur-isolant (qubits SOI). Cette position s’inscrit dans le cadre du projet ERC Synergy qucube, visant à développer des réseaux bidimensionnels de tels qubits. Le (la) candidat(e) sélectionné(e) devra commencer entre octobre et décembre 2019, pour une période maximale de trois ans.
De nombreux aspects de la physique des qubits silicium sont encore mal compris, de sorte qu’il est essentiel de soutenir l’activité expérimentale avec de la modélisation avancée. À cette fin, le CEA développe activement le code "TB_Sim". TB_Sim est basé sur une description k.p multi-bandes ou liaisons fortes atomistiques de la structure électronique des matériaux et comprend notamment un solveur en interaction de configurations dépendent du temps pour la dynamique des qubits.
Les objectifs de ce post-doctorat sont d’améliorer la compréhension de la physique de ces dispositifs et d’optimiser leurs design, et en particulier:
- de modéliser la manipulation, la lecture et la décohérence des spins dans les réseaux 1D et 2D de qubits SOI.
- de modéliser les interactions d’échange dans ces réseaux et d’évaluer le fonctionnement de portes multi-qubits.
Le (la) candidat(e) aura l’occasion d’interagir avec les équipes expérimentales du CEA/IRIG, du CEA/LETI et du CNRS/Néel impliquées dans quCube, et aura accès à des données sur des dispositifs à l’état de l’art.

Modélisation des bits quantiques silicium-sur-isolant

Les technologies de l’information quantique ont suscité beaucoup d’intérêt ces dernières années. Le CEA développe sa propre plate-forme originale basée sur la technologie "silicium-sur-isolant" (SOI). L’information quantique est stockée dans le spin des porteurs piégés dans des boîtes quantiques gravées dans un fin film de silicium et contrôlées par des grilles métalliques. Le SOI a de nombreux atouts: la gravure du film de silicium permet de produire des boîtes plus petites, donc plus denses; en outre, l’utilisation du substrat SOI comme grille "arrière" permet d’accroître le contrôle des bits quantiques (qubits).
De nombreux aspects de la physique de ces qubits restent mal compris. Il est donc essentiel de soutenir l’activité expérimentale avec une modélisation adaptée. Dans ce but, le CEA développe activement le code "TB_Sim". Les buts de ce projet post-doctoral de 2 ans sont de modéliser la manipulation et la lecture du spin dans les qubits SOI, et de modéliser la décohérence et la relaxation à l’échelle atomique en utilisant le code TB_Sim. Ce travail de modélisation sera étroitement couplé à l’activité expérimentale à Grenoble. Le ou la candidat(e) aura accès à des données expérimentales sur des dispositifs à l’état de l’art.

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