Université Paul Sabatier - Bat. 3R1b4 - 118 route de Narbonne 31062 Toulouse Cedex 09, France
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Guihéry Nathalie
Professeur de l’université de Toulouse 3
E-mail : nathalie.guihery[AT]irsamc.ups-tlse.fr
Address : Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques,
IRSAMC, Université Toulouse 3, Paul Sabatier, 118 Route de Narbonne,
31062 Toulouse Cedex 4, France
Office : 211 Bâtiment 3R1B4
Phone : +33 (0)5 61 55 60 98
Fax : +33 (0)5 61 55 60 65
Curriculum Vitae Synthétique
1991-1992 : DEA de physique fondamentale : Atomes, molécules, photons et leurs interactions, université Paul Sabatier, Toulouse, France.
1992-1995 : Thèse sous la direction de Jean-Paul Malrieu et Daniel Maynau au laboratoire de Physique Quantique (UMR5626) de l’université Paul Sabatier, Monitrice de l’UPS.
1995-1996 : Attachée temporaire d’enseignement et de recherche (ATER) en section 31 de l’université Paul Sabatier.
1996-2009 : Maître de conférences en section 31 de l’université Paul Sabatier.
1999-2000 : Stage au laboratoire de Physique des Interactions Fondamentales de l’Institut Supérieur Technique de Lisbonne, Portugal, collaboration avec Vitor Rocha Viera et Pedro Sacramento.
2001-2003 : Délégation au CNRS en section 13.
2001-2003 : Directrice de l’équipe « Système étendu et magnétisme  » et membre du conseil scientifique du laboratoire.
2006 : Habilitation à diriger des recherches.
2009- : Professeur de l’université de Toulouse 3 Paul Sabatier en section 31.
2012- : Membre du comité national Co-CNRS en section 13.
2013- : Expert de l’AERES.
Full curriculum vitae (français)
Full curriculum vitae (english)
ACTIVITES DE RECHERCHE
Méthodologie
Méthodes de traitement simultané des corrélations non dynamique et dynamique. Les travaux réalisés concernent :
i) des méthodes auto-cohérentes et cohérentes en taille d’habillage multi-référence de matrices d’Interaction de Configurations tronquées utilisant le hamiltonien de Heisenberg (simple-reference SC2 et multi-reference MRSC2),
ii) des méthodes ab initio en orbitales localisées ; l’objectif de nos activités dans ce sujet a été de tester une nouvelle technique de localisation et de sélection des configurations sur des composés corrélés et d’effectuer des analyses systématiques des différentes contributions de la corrélation électronique ;
iii) les couplages spin-orbite et spin-spin dans les procédures à deux étapes de type « interaction spin-orbite entre états  » (spin-orbit state-interaction SO-SI) ; le travail a consisté à calibrer les méthodes programmées dans MOLCAS et ORCA en testant de façon systématique les effets de la base, du nombre d’états impliqués dans l’interaction, de l’extension de l’espace actif, du traitement perturbatif ou variationnel de la corrélation, etc. afin de reproduire avec précision les paramètres RPE ;
iv) l’obtention d’orbitales magnétiques de bonne qualité afin de réduire le coà »t calculatoire du traitement a posteriori de la corrélation électronique, en particulier dans les systèmes magnétiques organiques.
Applications
Les travaux applicatifs concernent la rationalisation de propriétés électroniques remarquables. Ils conjuguent l’utilisation de méthodes ab initio sophistiquées, la théorie des hamiltoniens effectifs, des développements analytiques permettant la dérivation de nouveaux hamiltoniens modèles et le traitement des effets collectifs (détaillé dans la partie suivante) dans les matériaux corrélés ou nano-objets. Les objets d’étude sont d’intérêts soit chimique soit physique, de natures très variées, et leurs propriétés ont une origine quantique.
1. Problématique.
Les propriétés des composés et matériaux aux propriétés électroniques remarquables telles que la commutation moléculaire, le magnétisme, la magnétorésistance colossale ou encore l’anisotropie magnétique se rencontrent généralement dans les systèmes à forte corrélation électronique et concernent aussi bien des composés ou matériaux moléculaires que des matériaux corrélés. La richesse de cette thématique tient en particulier à la complexité et à l’abondance des phénomènes physico-chimiques qu’elle met en jeu mais aussi à la formidable maîtrise des chercheurs impliqués dans la synthèse de composés aux propriétés inédites et contrôlées. Les étapes de conception, réalisation, et caractérisation de ces nouveaux systèmes requérant des compétences multiples justifient la diversité de la communauté scientifique qui s’y consacre et lient indissolublement expérience et théorie, chimie et physique. C’est la nécessité de connexions entre les échelles microscopiques et macroscopiques qui explique ici la complicité entre les différentes communautés. En effet, alors que les propriétés remarquables sont macroscopiques, elles sont intrinsèquement liées au comportement quantique de la matière. Leur rationalisation nécessite l’identification de leur origine microscopique et donc des interactions électroniques responsables de ces propriétés -préoccupation du chimiste théoricien-, mais aussi un traitement adéquat des effets collectifs - un objet traditionnel d’étude du physicien théoricien-.
Dès que la taille du système excède deux ou trois centres métalliques, l’utilisation du hamiltonien électronique exact devient impossible et les physiciens théoriciens comme les expérimentateurs ont recours à des hamiltoniens plus simples appelés hamiltoniens modèles. Ils contiennent l’information microscopique clef et ouvrent la voie à l’exploration des propriétés collectives. C’est donc autour de ces hamiltoniens que s’articule la transition entre le microscopique et le macroscopique. Si la forme des hamiltoniens modèles peut parfois être anticipée de façon phénoménologique, leur déduction rationnelle à partir du hamiltonien électronique exact requiert les méthodes et outils de la chimie théorique. La méthodologie joue un rôle important dans ce domaine. Les interactions recherchées varient entre quelques dixièmes et quelques centaines de cm-1 et la précision est une des préoccupations majeures du chimiste théoricien. D’un point de vue plus qualitatif, certains des travaux que nous avons réalisés ont montré que plusieurs hamiltoniens usuels étaient erronés et des modèles alternatifs adaptés ont été dérives (Heisenberg S=1, double échange, hamiltonien de spin anisotropes spin-géant et multi-spin). Enfin, une partie importante est consacrée à la rationalisation de la nature et de l’amplitude des propriétés observées, en particulier pour la propriété singulière d’anisotropie magnétique.
2. Systèmes étudiés :
Une partie conséquente de ces travaux a été réalisée en collaboration avec des expérimentateurs. Plusieurs articles concernent l’extraction rigoureuse et la dérivation analytique de hamiltoniens modèles pour des matériaux ou composés dont les propriétés sont très variées.
Les systèmes concernés sont :
i) des matériaux fortement corrélés présentant du magnétisme seul (nickelates, cuprates, etc.)
ii) des matériaux présentant du magnétisme et des propriétés de transport (manganites)
iii) des composés organiques magnétiques dérivés du graphène (spintronique).
iv) des composés à transition de spin (effet LIESST)
v) des polyoxométallates
vi) des molécules anisotropes (molécules aimants, paramètres RPE)
Traitements des effets collectifs
Il s’agit là de la conception et de la programmation de logiciels de résolutions approchées de modèles sur des systèmes de spins infinis. Certaines méthodes constituent des transcriptions des approches Coupled Cluster aux systèmes périodiques. Dans un registre très différent, celle du groupe de renormalisation dans l’espace réel avec interactions effectives est probablement la plus élégante et la plus efficace en ce qui concerne la détermination des transitions de phase. Elle préserve l’esthétique intellectuelle de la méthode originelle de Wilson tout en améliorant spectaculairement ses performances. Parmi les modèles programmés, citons les modèles de Heisenberg S=1/2 isotrope et anisotrope, Heisenberg S=1 incluant des termes biquadratiques et un opérateur à trois corps, Hubbard, un hamiltonien t-J sophistiqué incluant les répulsions entre trous, la dépendance des paramètres au voisinage électrostatique (termes à six corps) et les propagations de singulet (termes à trois corps aussi appelé « exchange transfer  ») et le hamiltonien de double échange.
Liste des publications et contributions orales (français)
ENSEIGNEMENT
Niveau : étudiants en thèse, post-doctorants, chercheurs.
Cours de « Méthodologie et Magnétisme  » Institute of Theoretical and Computational Chemistry (Nankin, Chine). Public : étudiants en thèses et chercheurs (2008)
Cours de méthodologie intitulé « Corrélation électronique  » à l’Ecole de Chimie théorique de Carthage, Tunisie. Public : étudiants et Chercheurs (2006)
Niveau : M2, étudiants en thèse et post-doctorant.
Cours de « Magnétisme  » à l’école du Réseau Français des Chimistes Théoriciens RFCT, Public : étudiants en M2 (2011 à Dourdan).
2 cours de 2h + 1TD de 2h, 1 TP de 2h, 1 test automatisé avec correction intégrée de méthodologie intitulé « Multi-Reference Configuration Interaction  », M2 Erasmus Mundus (TCCM). Public : étudiants en M2, en thèse et post-doctorants (2012-2013 Perugia, Italie et 2013-2014 Madrid, Espagne).
Cours d’Interactions électroniques Fondamentales au M2 de Physique Fondamentale intitulé : Physique de la matière. Public : étudiants en M2 et en thèse (depuis 2004).
Cours de Chimie Théorique(16h), TD (6h) et leçons (6h) de l’agrégation es sciences Physiques et Chimiques option Chimie et M2 enseignement. Public : agrégatifs et étudiants en M2 enseignement (depuis 2004).
Niveau : M1
Cours de Composés et Matériaux à Propriétés Remarquables, M1 de Chimie spécialité Chimie théorique. Enseignement en présentiel (depuis 2004) et à distance (depuis 2011).
Cours de Spectroscopie, M1 es Sciences Physiques et Chimiques (depuis 2011).
Cours et TD de spectroscopie, M1 de Chimie Physique (de 2003 à 2005).
Niveau : L3
Cours (10h) et TD (10h) de Théorie des Groupes en License 3 du parcours es Sciences Physiques et Chimiques. Public : étudiants en L3 (depuis 2011).
TD de mécanique quantique(24h), TD de théorie des groupes(20h), TD de liaison chimique(24h) (de 1996 à 1999 puis de 2003 à 2005).
TP d’atomistique, théorie des groupes, liaison chimique et spectroscopie (48h).
Niveau : L2 physique et physique et chimie
TD et TP d’atomistique et de liaison chimique (24h) (de 2003 à 2008).
TD de mécanique classique, TD d’électromagnétisme, TD de mécanique quantique (40 heures par an de 1992 à 1995)
Niveau : L1
TD d’atomistique (10h).
TD de chimie des solutions (12h).
TP de thermodynamique (24h) de 2005 à 2007.
TP d’électronique et d’optique (36h) de 1992 à 1995.
Activités pédagogiques et encadrements (français)