Angular Localization Function (ALF)

Pour le projet RADICAL, nous avons introduit une nouvelle fonction permettant d’analyser les profils de densité générés par la théorie de la fonctionnelle de la densité moléculaire.

La théorie fonctionnelle de la densité moléculaire est une méthode théorique qui permet de calculer efficacement la densité d’équilibre d’un solvant moléculaire autour d’un soluté arbitraire. Concrètement, cette densité décrit combien de molécules de solvant sont présentes en moyenne en un point donné de l’espace et quelles sont les orientations de ces molécules. Cette densité contient donc une information particulièrement détaillée de la structure du solvant. Cette quantité importante d’information rend son analyse systématique difficile. On interprète généralement la dépendance spatiale au moyen de la densité en nombre, intégrée sur les orientations. À l’inverse, l’information angulaire est souvent ignorée par manque d’outils pratiques pour son interprétation.

Ce travail vise à combler cette lacune en introduisant une fonction fournissant une mesure locale de l’ordre angulaire : ALF (Angular Localization Function), dérivée de la fonctionnelle d’énergie libre idéale, qui est une mesure partielle de l’entropie. Nous avons utilisé ALF dans un premier temps pour analyser la structure du solvant autour de 3 types de solutés différents : une molécule d’eau comme soluté, une molécule d’octanol et trois minéraux argileux) dont les faibles différences structurales entraînent des effets subtils sur leurs interactions avec l’eau.

Ce travail démontre que ALF fournit des informations complémentaires à des grandeurs telles que la polarisation moyenne ou la densité de charge pour caractériser la distribution orientationnelle locale des molécules de solvant autour des solutés et à proximité des surfaces. Elle constitue également un outil de visualisation pratique que nous utilisons dorénavant pour comparer les molécules organiques candidates pour une utilisation dans des batteries à flux redox.