Lucas Viani (Ribeirão Preto, Brésil, 1983) effectue des recherches sur les semi-conducteurs organiques à l'Institut universitaire de modélisation et de simulation en dynamique des fluides, nanoscience et mathématiques industrielles « Gregorio Millán Barbany » de l'Université Carlos III de Madrid (UC3M) dans le cadre du programme UC3M CONEX (CONnecting EXcellence).Ce programme d’attraction des talents est soutenu par l’Union européenne (actions Marie Curie du 7e PCRD), le ministère de l’Économie et de la Compétitivité et Banco Santander.
Quelle part de vos recherches relève de la physique et quelle part de la chimie ?
La science des matériaux est un domaine interdisciplinaire où physiciens, chimistes et ingénieurs collaborent, apportant leurs perspectives différentes sur un même problème dans la poursuite d'un objectif commun : le développement et l'amélioration des matériaux existants. Son principal objectif est de répondre aux besoins de la société contemporaine par l'innovation. Parmi les sujets actuellement explorés figurent la réduction de la consommation énergétique des appareils, l'augmentation de la capacité de stockage d'énergie des batteries et le développement de systèmes offrant des solutions basées sur les énergies renouvelables, capables de capter l'énergie solaire, éolienne et géothermique.
Quelles sont les applications des semi-conducteurs organiques ?
Les semi-conducteurs organiques offrent des solutions aux nombreux problèmes actuels grâce à l'exploitation intelligente de leurs propriétés intrinsèques (faible coût, flexibilité, transparence et légèreté), ouvrant la voie à de nouveaux concepts et designs pour les appareils électroniques. Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) en sont le parfait exemple. Premiers dispositifs à base de matériaux organiques à être produits en masse, elles ont révolutionné l'industrie de l'affichage en proposant des composants consommant beaucoup moins d'énergie, offrant une qualité supérieure et un encombrement réduit. Aujourd'hui, on les retrouve dans les téléphones portables et les téléviseurs ultra-fins haute résolution, permettant des solutions uniques comme les téléviseurs incurvés et les écrans transparents.
Où allons-nous dans ce domaine ?
Un groupe de dispositifs, comprenant des cellules photovoltaïques organiques (OPV), des transistors à effet de champ (OFET) et des lasers (OSL), sont des candidats très prometteurs pour suivre la même voie que les OLED et dominer une partie du marché dans leurs propres segments, bien que leurs performances encore faibles retardent leur commercialisation à grande échelle.
Dans quelle mesure les performances des technologies OPV ou OLED pourraient-elles être améliorées ?
Aujourd'hui, l'industrie OLED est très avancée et des dispositifs extrêmement performants sont disponibles sur le marché. Les défis actuels consistent à perfectionner les propriétés d'affichage et à développer des dispositifs d'éclairage pour les espaces intérieurs et les applications architecturales. La technologie OPV a atteint un niveau lui permettant de rivaliser dans certains domaines avec diverses technologies photovoltaïques, bien que son rendement global doive encore être amélioré (le rendement record actuel est d'environ 12 %, et il pourrait théoriquement atteindre entre 20 % et 24 %).
Quel est l'objectif de vos recherches à l'UC3M ?
L'objectif du projet que je développe est d'offrir une compréhension détaillée de la dynamique des excitons dans les matériaux organiques conjugués grâce à des méthodes de calcul, afin d'améliorer l'efficacité des dispositifs électroniques à base de matériaux organiques et de permettre leur commercialisation.
Comment compte-t-il s'y prendre ?
L’objectif sera atteint grâce au développement d’un outil théorique capable de décrire plus fidèlement la dynamique du transport d’énergie et de charge entre les molécules organiques, afin de valider et d’évaluer des informations actuellement inaccessibles par les techniques expérimentales. Ceci nous permettra de comprendre précisément les paramètres régissant ces mécanismes, et ainsi de réaliser des économies de temps et de coûts lors de la synthèse de nouveaux composés. Pour ce faire, les propriétés de transfert d’énergie (TE) et de transfert de charge (TC) seront vérifiées avant la synthèse, tout en facilitant le développement de nouveaux dispositifs électroniques organiques grâce à une description et un réglage précis de leurs propriétés.
Quelle méthodologie utilisez-vous dans vos recherches ?
Les méthodologies les plus couramment utilisées pour décrire la dynamique des transferts d'électrons (TE) à long terme dans les systèmes pour lesquels une solution analytique est impossible reposent sur des méthodes stochastiques résolvant les équations maîtresses de Pauli ou sur une approche statique basée sur l'extraction de conformations moléculaires à partir de simulations de dynamique moléculaire classique. Ces simulations sont utilisées pour prédire les dynamiques de TE et de transfert de charge (TC) par la méthode de Monte Carlo cinétique sur un instantané figé. Dans ce projet, nous intégrerons ces différentes étapes afin de réduire et d'éviter la perte d'informations électroniques et structurales essentielles à l'obtention d'une prédiction détaillée des propriétés dynamiques.
Quel est l'aspect le plus complexe de la réalisation de cette recherche ?
Je dirais que chaque étape d'un projet de recherche est importante, de sa conception initiale à sa mise en œuvre et sa validation. Des décisions doivent être prises à chaque étape, et différentes approches sont possibles, souvent sans connaissance préalable du résultat. Selon moi, l'étape la plus importante de ce projet sera la validation de la méthodologie. Cela nous permettra d'orienter le développement du projet dans des directions précises et, à terme, de transférer cette méthodologie à différents types de systèmes.
Utilise-t-il des méthodes de calcul ? Sont-elles liées au logiciel MView qu’il a créé ?
MView est un logiciel que je développe depuis quelques années afin de centraliser et de généraliser les méthodes de calcul. Son objectif principal est actuellement de fournir des outils facilitant l'analyse et la visualisation (via une interface OpenGL) des propriétés et de la dynamique moléculaires. Les outils théoriques issus du programme CONEX y seront également intégrés, ce qui permettra de proposer une interface plus conviviale et de simplifier son utilisation par d'autres chercheurs.
Quels avantages vous offre la recherche à l'UC3M dans le cadre du programme CONEX ?
Je suis convaincu que le programme CONEX m'offre une excellente opportunité de me concentrer sur mes intérêts de recherche, me permettant de mener des recherches indépendantes et de développer des outils théoriques pour étudier les processus dynamiques se produisant dans les semi-conducteurs organiques. L'UC3M s'est révélée être un environnement qui fournit le soutien financier, technologique et humain nécessaire à la réussite du programme.
Où travailliez-vous avant de rejoindre UC3M dans le cadre de CONEX ?
Avant de rejoindre UC3M, j'ai travaillé dans plusieurs centres d'excellence en Europe, aux États-Unis et au Brésil. Diplômé en physique de l'Université de Campinas, j'ai obtenu un master à l'Université de São Paulo, au Brésil. En 2007, j'ai entamé ma thèse de doctorat à l'Université de Mons, en Belgique, sous la direction du Dr Jérôme Cornil. J'y ai étudié et caractérisé les transferts d'électrons (TE) et de charge (TC) dans des systèmes supramoléculaires de type hôte, à l'aide d'outils de calcul quantique, dans le but de concevoir de nouveaux dispositifs organiques. Après avoir soutenu ma thèse, j'ai intégré l'équipe de recherche du Dr Jean-Luc Brédas au Georgia Institute of Technology, où j'ai axé mes travaux sur la compréhension des processus de TC aux interfaces organiques-inorganiques typiques des transistors organiques à effet de champ (OFET). En 2012, j'ai rejoint le Dr Benedetta Mennucci à l'Université de Pise, où j'ai pu mettre en pratique mes connaissances antérieures en étudiant les propriétés de l'ET dans les complexes biologiques de captation de la lumière, contribuant ainsi à la compréhension du processus de photosynthèse chez les plantes et les bactéries.
Source : Service d'information scientifique de l'Université Carlos III de Madrid (UC3M) : http://portal.uc3m.es/portal/page/portal/actualidad_cientifica/noticias/Entrevista_Lucas_Viani
Interview vidéo supplémentaire : https://www.youtube.com/watch?v=8sag4MgwyaQ
