Conférence : « Conception de matériaux à l’échelle nano et méso. »

Professeur qui invite :  Prof. Kulbir Kaur Ghuman

Biographie :

Edoardo Fabbrini est actuellement étudiant en troisième année de doctorat en mathématiques appliquées à l’université de Kyushu, au Japon. Il a obtenu une licence en génie mécanique et un master en génie aérospatial à l’université Roma Tre de Rome, en Italie. Après avoir acquis une expérience professionnelle en tant que développeur de logiciels dans l’industrie aérospatiale italienne, il s’est installé au Japon pour poursuivre son doctorat en mathématiques appliquées sous la supervision du professeur Pierluigi Cesana. Ses recherches portent sur la modélisation des défauts topologiques dans les matériaux cristallins à l’aide de la mécanique des milieux continus et d’outils issus de l’analyse mathématique, du calcul des variations et des équations différentielles partielles. En parallèle, il travaille à l’échelle nanométrique sur le développement d’algorithmes permettant de concevoir de nouvelles molécules aux propriétés sur mesure en intégrant la théorie fonctionnelle de la densité, l’apprentissage automatique et des techniques d’optimisation.

Résumé :

Cette présentation passe en revue certains de mes résultats récents sur la conception et l’optimisation de matériaux fonctionnels à l’échelle nanométrique et mésoscopique. Dans la première partie, je présente un cadre automatisé pour la conception de nouveaux dérivés de diaryléthène avec des bandes interdites HOMO-LUMO ciblées. La plateforme combine des calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) avec un algorithme d’optimisation évolutif qui génère des molécules candidates par des substitutions structurelles, faisant évoluer de manière itérative une molécule mère initiale afin d’explorer de vastes espaces chimiques. L’algorithme intègre des contraintes qui limitent l’exploration aux molécules symétriques, rejettent les structures clairement instables et limitent le nombre de mutations par candidat. Ces choix favorisent la découverte de molécules qui sont non seulement prometteuses sur le plan théorique, mais aussi synthétisables dans la pratique. Pour évaluer le cadre, nous réalisons deux séries d’expériences, la maximisation et la minimisation de la bande interdite HOMO-LUMO, sur plusieurs classes de dérivés du diaryléthène. Je discuterai également des travaux en cours dans lesquels les calculs DFT coûteux sont remplacés par des modèles d’apprentissage automatique entraînés sur de grands ensembles de données.

Dans la deuxième partie, j’étudie les modèles continus pour les membranes minces contenant des dislocations en coin dans le réseau cristallin. Le modèle, dérivé des équations de von Kármán, se compose de deux équations différentielles partielles couplées, non linéaires, du quatrième ordre, dans lesquelles les dislocations en coin sont représentées par des distributions discrètes de fonctions delta de Dirac. Je présente des résultats analytiques sur l’existence et la régularité des solutions, ainsi que des expériences numériques basées sur une formulation par éléments finis C0-Discontinuous Galerkin. Une application directe de cette recherche est la conception inverse de feuilles de graphène avec des dislocations en coin prescrites afin d’obtenir le profil de courbure souhaité.