3 sujets /LIDYL/SBM

Dernière mise à jour : 15-08-2018


 

Dynamique de relaxation électronique résolue en conformation et multi-échelle de molécules flexibles

SL-DRF-18-0775

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Lionel POISSON

Eric GLOAGUEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Lionel POISSON

CNRS-UMR9222 - DSM/IRAMIS/LIDYL/DYR

01 69 08 51 61

Directeur de thèse :

Eric GLOAGUEN

CNRS - DSM/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 35 82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/34/lionel.poisson.html

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/index.php

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/70/eric.gloaguen.html

Les molécules flexibles sont omniprésentes dans la Nature (protéines, sucres, ...) et sont sources de nombreuses applications (médicaments, machines moléculaires, ...). Par définition, ces molécules existent sous plusieurs conformations qui possèdent chacune des propriétés physiques, chimiques ou biologiques pouvant varier grandement d'une conformation à l'autre. Parmi celles-ci, la photoexcitation et la relaxation des états électroniques sont particulièrement sensibles à la conformation: la durée de vie du premier état électronique excité peut, par exemple, varier de plusieurs ordres de grandeurs suivant la conformation adoptée. Toutefois, la mise en évidence expérimentale de tels effets conformationnels sur les états excités reste rare en raison de la difficulté à étudier spécifiquement une conformation présente dans un mélange conformationnel. Cette thématique reste donc encore peu documentée malgré un besoin de résultats expérimentaux pour aider au développement des modèles théoriques, et un manque de compréhension dans un domaine où les enjeux fondamentaux (intersections coniques, phénomènes ultrarapides) et applicatifs (photostabilité, transfert d'énergie) sont importants.



Dans ce contexte, le laboratoire LIDYL réunit plusieurs dispositifs expérimentaux permettant une étude originale multi-échelle (ns-fs) et résolue en conformation de la dynamique de relaxation électronique de systèmes moléculaires flexibles. Le programme de recherche portera principalement sur des systèmes d'intérêt biologiques et des complexes moléculaires, et consistera à :



- Mettre en évidence des processus dynamiques dépendant de la conformation afin de rationaliser les observations

- Caractériser des espèces jusque-là inaccessibles aux techniques de détection classiques.

Dynamique électronique dans les biomolécules : une approche duale expérience-théorie

SL-DRF-18-0678

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Michel MONS

Valérie BRENNER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Michel MONS

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 20 01

Directeur de thèse :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.brenner/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDyL/SBM/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/michel.mons/

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides, offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibration, évitant ainsi les réactions photochimiques qui conduisent généralement à des dommages structurels affectant la fonction biologique du système. Notre connaissance de ces processus qui contrôlent la durée de vie de l’état excité peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de systèmes d’intérêt biologique modèles mimant des fragments des constituants du vivant comme par exemple, les peptides pour les protéines. L’objectif principal de cette thèse est donc d’étudier la dynamique électronique de systèmes d’intérêt biologique, i.e., des modèles des constituants du vivant, et ainsi d’appréhender les phénomènes élémentaires qui contrôlent la durée de vie des états excités de ces systèmes. L’approche mixte expérience-théorie, qui utilisera des développements méthodologiques récents, reposera sur :



i) La caractérisation expérimentale des durées de vie en fonction des espèces étudiées (expérience pompe-sonde en régime nano-, pico- et femtoseconde) ainsi que de la cascade d’états formés. Les expériences bénéficieront notamment du diagnostic d’imagerie de photoélectrons, qui permettra de suivre le chemin de relaxation suivi par le système, et notamment d’apprécier le rôle de ses différents états excités et de sa conformation,

ii) la modélisation des surfaces d’énergie potentielle (SEP) des états excités de ces systèmes et en particulier, la détermination des zones critiques sur la surface, comme les intersections coniques, et des mouvements induisant les mécanismes de désactivation. La taille des systèmes, leur flexibilité, la présence de liaisons non-covalentes qui gouvernent les structures et la nature très diverse des états excités requièrent la mise en œuvre d’une stratégie calculatoire multi-étapes et multi-niveaux, faisant appel à des méthodes de chimie quantique sophistiquées (dynamique non-adiabatique, méthode « Coupled Cluster » et méthode d’interaction de configuration multiréférence).



Enfin, ce travail de thèse s’effectuera dans le prolongement du projet ANR ESBODYR («Excited States of BiO-relevant systems: towards ultrafast DYnamics with conformational Resolution» (Défis de tous les savoirs, Coord. V. Brenner, 2014-2018). Il bénéficiera par ailleurs pour le volet théorique de l’accès aux moyens de calculs intensif nationaux (GENCI : TGCC/IDRIS/CINES) et pour le volet expérimental, de l’accès au serveur femtoseconde SLIC de l’IRAMIS (Saclay) et du serveur picoseconde du Centre Laser de l’Université Paris-Sud (CLUPS).

Dynamique électronique de biomolécules : vers une modélisation des mécanismes de désactivation des états excités.

SL-DRF-18-0674

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Valérie BRENNER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Directeur de thèse :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.brenner/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDyL/SBM/

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides, offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibration, évitant ainsi les réactions photochimiques conduisant généralement à des dommages structurels susceptibles d’affecter la fonction biologique du système. Notre connaissance de ces processus qui contrôlent la durée de vie de l’état excité peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de systèmes d’intérêt biologique modèles mimant des fragments des constituants du vivant comme par exemple, les peptides pour les protéines. La taille des systèmes, leur flexibilité, la présence de liaisons non-covalentes qui gouvernent les structures et la nature très diversifiée des états excités nécessitent d’avoir recours à des modèles théoriques sophistiqués pour une complète caractérisation des structures et la détermination des mécanismes de relaxation des premiers états excités.



L’objectif principal de cette thèse est donc de mettre au point une stratégie calculatoire faisant appel à des méthodes de chimie quantique sophistiquées permettant non seulement la caractérisation des premiers états excités de ces systèmes mais aussi une modélisation partielle des surfaces d’énergie potentielle de ces états afin d’en appréhender la dynamique électronique. Enfin, ce sujet est en relation directe avec des expériences de spectroscopies menées dans notre équipe sur ces systèmes, expériences utilisant les récents développements des techniques expérimentales de spectroscopie en phase gazeuse et donnant accès à des données très précises sur les propriétés spectroscopiques et la dynamique électronique de relaxation.



Par ailleurs, il s’effectuera dans prolongement d’un projet ANR, ESBODYR ou «Excited States of BiO-relevant systems: towards ultrafast Dynamics with conformational Resolution» (Coord. V. Brenner, 2014-2018) et bénéficiera de l’accès aux moyens de calcul intensif nationaux (GENCI : TGCC/IDRIS/CINES).

• Chimie physique et électrochimie

• Physique atomique et moléculaire

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