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pARTn : une implémentation de plugin de la Technique d'Activation et Relaxation pour explorer la surface des énergies potentielles à la précision ab initio

Publication : pARTn: a plugin implementation of the Activation Relaxation Technique nouveau that takes over the FIRE minimization algorithm - Matic Poberznik, Miha Gunde, Nicolas Salles, Antoine Jay, Anne Hémeryck, Nicolas Richard, Normand Mousseau, Layla Martin-Samos - Computer Physics Communication 295 (2024), 108961, doi: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2023.108961
Gitlab : https://gitlab.com/mammasmias/artn-plugin.

La recherche de points-selle sur une surface d'énergie potentielle est une étape clé pour comprendre les mécanismes de diffusion, de transformation de phase et de réaction chimique à l'échelle atomique. L'algorithme ARTn (Activation-Relaxation Technique nouveau) est une référence dans ce domaine, mais son implémentation historique nécessitait de développer et maintenir une version spécifique pour chaque code de simulation, ce qui rendait son portage et sa mise à jour fastidieux à chaque évolution des codes hôtes. Ce travail propose une refonte complète d'ARTn sous la forme d'une bibliothèque externe portable, pARTn, reposant sur un paradigme original de « biais et reprise » : plutôt que de modifier le code hôte en profondeur, la bibliothèque détourne l'algorithme de minimisation FIRE déjà présent dans le moteur de simulation en modifiant à la volée ses propriétés instantanées — forces, vitesses, pas de temps — pour lui faire exécuter les déplacements prescrits par ARTn. Cette approche est par construction indépendante des détails d'implémentation du code hôte, ce qui la rend robuste aux mises à jour et facilement portable. La bibliothèque est interfacée et validée sur deux codes communautaires majeurs, Quantum ESPRESSO, VASP, SIESTA pour les calculs DFT ab initio et LAMMPS pour la dynamique moléculaire avec potentiels empiriques, et est distribuée librement sous double licence Apache-2.0/GPLv3.

Autre publication sur ce travail :
M. Gunde, A. Jay, M. Poberžnik, N. Salles, N. Richard, et al.. Exploring potential energy surfaces to reach saddle points above convex regions. The Journal of Chemical Physics, 2024, 160 (23), pp.232501. ⟨10.1063/5.0210097⟩. ⟨hal-04671363⟩
Antoine Jay, Miha Gunde, Nicolas Salles, Matic Poberžnik, Layla Martin- Samos, et al.. Activation–Relaxation Technique: An efficient way to find minima and saddle points of potential energy surfaces. Computational Materials Science, 2022, 209, pp.111363. ⟨10.1016/j.commatsci.2022.111363⟩. ⟨hal-03640786⟩
Antoine Jay, Normand Mousseau, Nicolas Salles, Miha Gunde, Matic Poberžnik, et al.. Caractériser les cinétiques des diffusions atomiques - ART : l’explorateur de surfaces d’énergie potentielle. Les Techniques de l'Ingenieur, 2023, pp.Réf : RE192 v1. ⟨10.51257/a-v1-re192⟩. ⟨hal-04467976⟩

DFT+α : une alternative précise et efficace aux fonctionnelles hybrides pour le germanium

Publication : Abdulgaffar Abdurrazaq, Ruggero Lot, Antoine Jay, Gabriela Herrero-Saboya, Nicolas Richard, et al.. An Accurate Alternative to Hybrid Functionals for Germanium: DFT+α. Journal of Physical Chemistry C, 2026, ⟨10.1021/acs.jpcc.5c05816⟩. ⟨hal-05451056⟩

La simulation des propriétés électroniques du germanium par DFT est un problème ouvert : la fonctionnelle standard PBE prédit le germanium comme un métal, tandis que la fonctionnelle hybride HSE, pourtant référence dans le domaine, échoue à reproduire simultanément ses deux bandgaps expérimentaux. Ce travail propose une approche appelée DFT+α, une correction sémiempirique simple qui cible spécifiquement le mélange non physique entre orbitales 4s et 4p à l'origine de ces échecs. En ajustant un unique paramètre α, la méthode reproduit avec une précision inférieure à 2% l'ensemble des propriétés du germanium massif — bandgaps, paramètre de maille, constantes élastiques et phonons — tout en conservant le coût numérique d'un calcul DFT standard, soit nettement inférieur au coût HSE. Cette légèreté computationnelle est particulièrement précieuse pour l'étude de défauts ponctuels ou d'interfaces dans des supercellules de grande taille, et la méthode est directement généralisable à d'autres semiconducteurs présentant un mélange sp similaire.