Résumé : Les nanocristaux semi-conducteurs ont un panel d’applications variées : transistors, lasers, cellules photovoltaïques, imagerie biomédicale, calcul quantique, téléviseurs, etc. Du fait de leur petite taille, leurs excitons se retrouvent confinés dans les trois dimensions de l'espace, ce qui provoque la discrétisation de leur spectre d'énergie. Plus leur taille se réduit, plus l'espace entre leurs niveaux d'énergie électronique augmente. Leurs caractéristiques optoélectroniques sont donc dépendantes de leur taille, mais également de leur composition chimique. Il est ainsi possible d'adapter leurs propriétés aux besoins de l'application. Les nanocristaux de silicium présentent un intérêt tout particulier de par leur abondance et leur non toxicité. Ils pourraient ainsi remplacer d'autres nanocristaux composés de matériaux plus toxiques ou plus rares.Dans ce contexte, nous nous concentrons sur une étude théorique de la contrôlabilité par laser des électrons de ces nanocristaux. Nous cherchons à peupler un état triplet "dark" à partir d’états singulets "bright". Ce processus pourrait présenter un intérêt dans la création de qubits à longue durée de vie pour le calcul quantique, dans les transferts d'énergie triplet-triplet pour les processus photochimiques dans les molécules organiques, ou encore dans la lutte contre le photoblanchiment.Puisque les propriétés des nanocristaux dépendent de leur taille, nous avons considéré plusieurs molécules dont le diamètre varie entre 0.6 nm (Si5H12) et 1.7 nm (Si99H100). Nous avons également altéré la composition chimique de ces molécules à l'aide d'atomes de germanium, de bore et de phosphore, afin d'étudier l'impact d'un tel processus sur la contrôlabilité du système. Dans un premier temps, la géométrie des molécules a été optimisée grâce à la méthode DFT et leur structure électronique a été caractérisée par TD-DFT. Nous avons ainsi été en mesure de déterminer les énergies d'excitation des états électroniques, leurs moments dipolaires de transition et leurs éléments de matrice de couplage spin-orbite. Ensuite, nous avons utilisé ces valeurs pour modéliser les états relativistes du système, sur lesquels est appliqué le laser. Enfin, nous avons utilisé la théorie du contrôle optimal quantique afin de déterminer la forme d'un champ laser permettant d'effectuer les transitions voulues. Pour tenter d'obtenir le meilleur champ possible, plusieurs valeurs ont été considérées pour les différents paramètres du contrôle et leurs performances respectives ont été comparées.Au vu du grand nombre de calculs à effectuer, notre méthodologie de travail générale a dû être presque entièrement automatisée. Ainsi, nous avons développé un ensemble de scripts baptisé CHAINS, écrit principalement dans le langage Python. Celui-ci gère la préparation et le lancement des calculs sur différents serveurs, ainsi que le traitement des résultats et la génération des tableaux et graphes correspondants.
Semiconductor nanocrystals have a wide range of applications: transistors, lasers, photovoltaic cells, biomedical imaging, quantum computing, televisions, etc. Due to their small size, their excitons are confined in the three dimensions of space, which causes the discretization of their energy spectrum. As their size shrinks, the space between their electronic energy levels increases. Their optoelectronic characteristics are therefore dependent on their size, but also on their chemical composition. It is thus possible to adapt their properties to the needs of the application. Silicon nanocrystals are of particular interest due to their abundance and their non-toxicity. They could thus replace other nanocrystals composed of more toxic or rare materials.In this context, we focus on a theoretical study of the laser control of the electronic dynamics of these nanocrystals. We aim to populate a "dark" triplet state from a "bright" singlet state. This process could be of interest in the creation of long-lived qubits for quantum computing, in triplet-triplet energy transfers for photochemical processes in organic molecules, or in the fight against photobleaching.ince the properties of nanocrystals depend on their size, we considered several molecules whose diameter varies between 0.6 nm (Si5H12) and 1.7 nm (Si99H100). We also altered the chemical composition of these molecules using germanium, boron and phosphorus atoms, in order to study the impact of such a process on the controllability of the system. First, the geometry of the molecules was optimized using the DFT method and their electronic structure was characterized by TD-DFT. We were thus able to determine the excitation energies of the electronic states, their transition dipole moments and their spin-orbit coupling matrix elements. Then, we used these values ​​to model the relativistic states of the system, on which the laser is applied. Finally, we used the quantum optimal control theory to determine the shape of a laser pulse allowing the desired transitions to be made. In an attempt to obtain the best possible pulse, several values ​​were considered for the various control parameters and their respective performances were compared.In view of the large number of calculations to be performed, our general working methodology had to be almost entirely automated. Thus, we have developed a set of scripts called CHAINS, written mainly in the Python language. This set manages the preparation and the launch of the calculations on different servers, as well as the processing of the results and the generation of the corresponding tables and graphs.