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Sciences naturelles et génie Génie

Laurent J. Lewis Modifier son profil

Physique numérique des matériaux

Vice-recteur associé

Vice-rectorat à la recherche, à la découverte, à la création et à l'innovation

Pavillon Roger-Gaudry local A439

laurent.lewis@umontreal.ca

Professeur titulaire

Faculté des arts et des sciences - Département de physique

Pavillon Roger-Gaudry local A439

514 343-7721

laurent.lewis@umontreal.ca

Autre numéro : 514 343-2071 (Télécopieur)

Portrait

Expertise de recherche

Mon programme de recherche s'inscrit dans la thématique générale de la physique numérique des matériaux. Ainsi, nous utilisons de puissants calculateurs pour sonder le comportement et les propriétés des matériaux, notamment structurales, et la relation « structure-fonction ». L'approche que nous privilégions est la dynamique moléculaire, qui consiste à intégrer les équations du mouvement d'un système d'atomes sous l'effet de forces issues de « potentiels »; ceux-ci peuvent être génériques (Lennard-Jones, par exemple), empiriques ou semi-empiriques, ou même ab initio. La taille des systèmes varie selon le potentiel utilisé, de quelques dizaines ou centaines à plusieurs millions d'atomes.

La gamme de problèmes que nous étudions est vaste, mais nous avons un intérêt particulier pour les suivants (liste non exhaustive) : (i) Ablation laser et interactions laser-matière; il s'agit ici de comprendre comment la matière réagit à de puissantes et brèves impulsions laser - mécanismes d'éjection, modifications structurales de la cible, propriétés de la plume d'ablation. etc. (ii) Matériaux désordonnés, amorphes ou vitreux; dans ce domaine, nous cherchons à comprendre la structure à courte, moyenne et longue portée de matériaux tels que le silicium amorphe, les verres métalliques, etc. (iii) Comportement thermique des matériaux nanoscopiques; on cherche ici à savoir comment la chaleur se dissipe au voisinage de structures de tailles nanométrique et comment celle-ci se déplace dans des jonctions moléculaires entre nanoparticules, notamment.

Champs d'expertise

  • Physique numérique des matériaux
  • Dynamique moléculaire
  • Simulation
  • Modélisation
  • Ablation laser
  • Interactions laser-matière
  • Silicium amorphe
  • Verres métalliques
  • Matériaux désordonnés
  • Nanostructures
  • Jonctions moléculaires

Biographie

Titulaire d’un doctorat de l’Université McGill et d’un postdoctorat de l’Université Cornell, Laurent Lewis est professeur titulaire au Département de physique. Pionnier de la modélisation numérique, il a été le directeur fondateur du Réseau québécois de calcul de haute performance et du consortium Calcul haute performance Québec (maintenant Calcul Québec). À ce titre, il a piloté plusieurs importantes demandes de subventions, qui ont permis aux chercheurs d’obtenir des installations de calcul de pointe.

Ayant plus de 170 publications scientifiques à son actif, il s’intéresse à divers problèmes en physique de la matière condensée et des matériaux, qu’il aborde au moyen de méthodes numériques. Il possède par ailleurs une vaste expérience en gestion universitaire: il a été directeur du Département de physique (2001-2007) et vice-doyen à la recherche et à la création à la Faculté des arts et des sciences (2008-2017), en plus d’avoir siégé à de nombreux comités facultaires et universitaires. Ses fonctions de vice-doyen l’ont amené à travailler à plusieurs grands projets structurants pour l’Université de Montréal, dont le projet Apogée en science des données, où il a fait preuve d’un leadership exceptionnel, et le Complexe des sciences actuellement en construction au campus MIL, dont il a rédigé le devis relatif aux besoins en enseignement et en recherche.

Affiliations et responsabilités

Contribution au fonctionnement de l’institution

Responsabilités administratives

  • Vice-recteur associé (nature et technologie) au Vice-rectorat à la recherche, à la découverte, à la création et à l’innovation de l'UdeM

Enseignement et encadrement Ce professeur recrute

Recrutement en recherche Ce professeur recrute

Encadrement

Thèses et mémoires dirigés (dépôt institutionnel Papyrus)

2016

Ablation laser femtoseconde de verres métalliques de Cu_x Zr_(1−x) : une étude par dynamique moléculaire

Diplômé(e) : Marinier, Sébastien
Cycle : Maîtrise
Diplôme obtenu : M. Sc.
2011

Étude par dynamique moléculaire de l'ablation par impulsions laser ultrabrèves de cibles nanocristallines

Diplômé(e) : Gill-Comeau, Maxime
Cycle : Maîtrise
Diplôme obtenu : M. Sc.
2011

Étude de la coalescence de nanogouttelettes par dynamique moléculaire

Diplômé(e) : Pothier, Jean-Christophe
Cycle : Maîtrise
Diplôme obtenu : M. Sc.
2008

Étude théorique des mécanismes de transfert d'énergie suivant le passage d'un ion rapide sans un matériau

Diplômé(e) : Baril, Philip
Cycle : Maîtrise
Diplôme obtenu : M. Sc.
2007

Effet des contraintes élastiques sur la cinétique de séparation de phases dans les alliages

Diplômé(e) : Perez, Danny
Cycle : Doctorat
Diplôme obtenu : Ph. D.
2006

Modélisation par éléments finis de la micro-indentation du tube pollinique : rôles de paramètres géométriques

Diplômé(e) : Bolduc, Jean-François
Cycle : Maîtrise
Diplôme obtenu : M. Sc.
2005

Étude théorique des propriétés structurales et électroniques de l'alliage GaAsN

Diplômé(e) : Madini, Nassima
Cycle : Maîtrise
Diplôme obtenu : M. Sc.
2003

Étude dynamique et à l'équilibre de la formation spontanée de réseaux stables d'îlots contraints

Diplômé(e) : Thibault, Pierre
Cycle : Maîtrise
Diplôme obtenu : M. Sc.
2003

Étude des mécanismes d'ablation laser par impulsions ultra-courtes à l'aide de la dynamique moléculaire

Diplômé(e) : Perez, Danny
Cycle : Maîtrise
Diplôme obtenu : M. Sc.

Projets

Projets de recherche

2015 - 2022

CALCUL QUEBEC

Chercheur principal : Paul Charbonneau , Timothée Poisot
Co-chercheurs : Damian Labuda , Jesse Shapiro , Mohamed Hijri , Daniel Sinnett , Mark E. Samuels , Laurent J. Lewis , Normand Mousseau , Jacques Drouin , Anne Bruneau , Georges Michaud , François Schiettekatte , Rémy Sauvé , Michel Côté , Pierre-Louis Bellec , Louis Jean Dubé , Guy Dumas , Marc Parizeau , Louis Pérusse , Alain De Champlain , Daniel Reinharz , Hugo Martel , Christian Gagné , Arnaud Droit , Frédéric Maps , R Platt , Alan C Evans , W Robert J Funnell , Hong Guo , Victoria Kaspi , Sang Yong Jeon , Nikolas Provatas , Russell Davidson , Jackalyn Marie Vogel , Nicolas Moitessier , Guy Moore , Sivakumaran Nadarajah , Abdelkader Baggag , Erica Moodie , Jacek A. Majewski , Andrew Piper , Luc Mongeau , Guillaume Bourque , Stefan Sinclair , Daniel Joseph Kirshbaum , Jun Song , Brigitte Jaumard , Jean-Yves Trépanier , François Guibault , François Bertrand , Alain Rochefort , Frédéric Sirois , Éric Laurendeau , Georges Dionne , Wagdi Habashi , G. Peslherbe , Thomas Fevens , Marius Paraschivoiu , Ali Dolatabadi , André Dieter Bandrauk , André-Marie Tremblay , Pierre Proulx , Noureddine Atalla , David Sénéchal , Armand Soldera , Kalifa Goïta , Alexandre Blais , Claude Legault , Stéphane Moreau , Hugo Larochelle , Gabriel Crainic , René Laprise , Pierre Gauthier , Laxmi Sushama , Simon Guillotte , Adam Skorek , Patrizio Antici , Dany Dumont , François Vidal , Jannette Frandsen , Lorne Archie Nelson , Martin Aube , Leandro Coelho , Jacques Drouin , Louis Jean Dubé , Guy Dumas , Marc Parizeau , Louis Pérusse , Alain De Champlain , Daniel Reinharz , Hugo Martel , Christian Gagné , Arnaud Droit , Frédéric Maps , Sivakumaran Nadarajah , Abdelkader Baggag , Hugo Larochelle , Gabriel Crainic , René Laprise , Pierre Gauthier , Laxmi Sushama , Simon Guillotte , Leandro Coelho , Hugo Larochelle , Sivakumaran Nadarajah , Pierre-Étienne Jacques
Sources de financement : FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Programmes de subvention : PVXXXXXX-Programme de Regroupements Stratégiques
2016 - 2021

PORTION SALAIRE-NSERC/Hydro-Québec Industrial Chair in Phytotechnology

Chercheur principal : Laurent J. Lewis , Tania Saba , Frédéric Bouchard
Co-chercheurs : Jacques Brisson
Sources de financement : CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Programmes de subvention : PVX20971-(PCI) Professeurs-chercheurs industriels-Chaire de recherche industrielle
2015 - 2021

PHYSICAL PROPERTIES OF MATERIALS AT THE NANOSCALE

Chercheur principal : Laurent J. Lewis
Sources de financement : CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Programmes de subvention : PVX20965-Programme de subvention à la découverte individuelle ou de groupe
2015 - 2020

Contribution complémentaire 2015-2016 pour le financement de Calcul-Québec

Chercheur principal : Paul Charbonneau , Timothée Poisot
Co-chercheurs : Laurent J. Lewis
Sources de financement : FRQSC/Fonds de recherche du Québec - Société et culture (FQRSC)
Programmes de subvention : PVXXXXXX-Subvention générale et projets spéciaux (non partageable au prorata)
2015 - 2020

Contribution complémentaire 2015-2016 pour le financement de Calcul-Québec

Chercheur principal : Paul Charbonneau , Timothée Poisot
Co-chercheurs : Laurent J. Lewis
Sources de financement : FRQS/Fonds de recherche du Québec - Santé (FRSQ)
Programmes de subvention : PVXXXXXX-Regroupement stratégique
2017 - 2018

Convention de subvention 2016-2018 pour le soutien du MESI aux activités de Calcul Québec pour l'année 2017-2018

Chercheur principal : Timothée Poisot
Co-chercheurs : Laurent J. Lewis , Marc Parizeau , Nikolas Provatas , Pierre-Étienne Jacques
Sources de financement : Ministère de l'Économie, de la Science et de l'Innovation
Programmes de subvention : PVXXXXXX-Prog. soutien rech (PSR v1): Soutien à des projets de recherche
2016 - 2017

Pôle d'Analyse et Visualisation de l'Information Climatique et Scientifique _PAVICS )programme Logiciels de recherche de CANARIE)

Chercheur principal : Timothée Poisot
Co-chercheurs : Laurent J. Lewis
Sources de financement : Ouranos, Consortium sur la climatologie régionale et l'adaptation aux changements climatiques
Programmes de subvention :
2009 - 2016

REGROUPEMENT QUEBECOIS SUR LES MATERIAUX DE POINTE - RQMP

Chercheur principal : Sjoerd Roorda
Sources de financement : FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Programmes de subvention : PVXXXXXX-Programme de Regroupements Stratégiques
2009 - 2016

REGROUPEMENT STRATEGIQUE - REGROUPEMENT QUEBECOIS SUR LES MATERIAUX DE POINTE (RQMP)

Chercheur principal : Sjoerd Roorda
Sources de financement : FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Programmes de subvention : PVXXXXXX-Programme de Regroupements Stratégiques
1994 - 2016

PHYSICAL PROPERTIES OF ADVANCES MATERIALS - FROM THE ATOM TO LARGE-SCALE STRUCTURES

Chercheur principal : Laurent J. Lewis
Sources de financement : CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Programmes de subvention : PVX20965-Programme de subvention à la découverte individuelle ou de groupe
2003 - 2015

FCI : FONDS D'EXPLOITATION DES INFRASTRUCTURES / RECHERCHE EN PHYSIQUE

Chercheur principal : Laurent J. Lewis
Sources de financement : FCI/Fondation canadienne pour l'innovation
Programmes de subvention :
2010 - 2014

Physical properties of advanced materials - from the atom to large-scale structures

Chercheur principal : Laurent J. Lewis

Rayonnement

En vedette

Mise en valeur d’une recherche

2004

Fabriquer des nanomatériaux atome par atome

Il est possible aujourd'hui de construire de nouveaux matériaux, atome par atome; le calcul numérique permet de les modéliser pour en obtenir une description réaliste et pour prédire leur comportement.

Fabriquer de petits instruments

Le Pr Lewis et son équipe ont récemment jeté un éclairage nouveau sur un phénomène connu, mais encore mal compris, celui de l'ablation par impulsions laser ultra-brèves. Le procédé consiste à illuminer une cible avec un faisceau laser intense de très courte durée, de l'ordre de la picoseconde, soit un millionième de millionième de seconde! On observe alors l'éjection de particules variant du nanomètre (un millionième de millimètre) au micron (un millième de millimètre). Ce procédé présente l'avantage, par rapport aux impulsions plus longues, de limiter les dommages causés à la cible, d'où l'intérêt pour le micro-usinage, c'est-à-dire la fabrication de très petits instruments.

Le Pr Laurent Lewis, le Pr Michel Meunier de l'École polytechnique et leurs étudiants Danny Perez et Patrick Lorazo ont montré que, pour des impulsions durant une fraction de picoseconde, le matériau se désintègre par « explosion de phase » : de petites bulles de gaz se forment et le matériau éclate sous la pression, libérant ainsi de petites particules. Par contre, pour des impulsions plus longues, quelques dizaines de picosecondes ou plus, la cible est déchirée, un peu comme une pellicule de plastique que l'on étirerait dans tous les sens. Bien qu'ils soient fondamentaux, ces travaux permettront un jour de réaliser de petits « robots » dont les bénéfices se feront sentir dans toutes les sphères d'activité.

La balade des atomes

Laurent J. Lewis s'intéresse à plusieurs aspects du comportement des atomes dans la matière, notamment ceux des nanoagrégats, ces petites boules de matière dont les atomes se comptent par centaines ou par milliers : « Nous les fabriquons et les déposons ensuite sur les surfaces pour en observer le comportement, explique-t-il. Nous voulons savoir comment ces agrégats, telles de petites billes, vont se balader, s'agglutiner et former de nouvelles structures, parfois très complexes et donc nécessairement intéressantes! »

Certains matériaux sont bien connus, comme le silicium (Si) qui est très largement utilisé dans la fabrication de dispositifs électroniques. D'autres le sont moins mais sont promis à un brillant avenir. Des agrégats d'arseniure de gallium (GaAs), par exemple, peuvent être déposés sur des surfaces de silicium (Si). Les chercheurs veulent comprendre comment ils se déplacent, se mélangent, bougent. Est-ce qu'ils sautent ou glissent? Sont-ils retenus ou au contraire repoussés par les défauts? « Nous avons déjà constaté avec surprise que ces agrégats se déplacent beaucoup plus rapidement que nous ne l'avions soupçonné : leur vitesse peut être semblable à celle des atomes, explique Laurent J. Lewis. Les défauts de surface affectent fortement leurs déplacements, ce qui nous suggère des façons de les contrôler et donc de fabriquer de nouvelles structures au potentiel technologique intéressant. On pense ici à la fabrication de réseaux de points quantiques qui pourraient être utilisés dans les nouvelles technologies laser. »

Publications et communications

Publications

Publications récentes

Soumis

  • Pierre Carrier, Zheng-Hong Lu, M.W. Chandre Dharma-wardana, Laurent J. Lewis, Core-level spectroscopy of Si/SiO_2 quantum wells: evidence for confined states , Phys. Rev. B, Soumis
  • Pierre Carrier, Zheng-Hong Lu, Laurent J. Lewis, M.W. Chandre Dharma-wardana, Role of Interface Suboxide Si Atoms on the Electronic Properties of Si/SiO2 Superlattices , Applied Surface Science, Soumis
  • Cristiano L. Dias, Laurent J. Lewis, S. Roorda, Point defects in models of amorphous silicon and their role in structural relaxation,Phys. Rev. Lett., Soumis
  • V. Albe and L.J. Lewis, Optical properties of InAs/InP ultrathin quantum wells., Soumis

2003

  • Patrick Lorazo, Laurent J. Lewis and Michel Meunier, Short-Pulse Laser Ablation of Solids: From Phase Explosion to Fragmentation , Phys. Rev. Lett. 91, 225502, 2003

Disciplines

  • Physique
  • Génie physique
  • Génie des matériaux et génie métallurgique

Champ d’expertise

  • Laser
  • Modélisation et simulation
  • Nanomatériaux
  • Nanoparticules
  • Procédés physiques et mécaniques
  • Conception de matériaux
  • Dégradation des matériaux
  • Modélisation
  • Interactions rayonnement-matière
  • Céramiques et verres
  • Micro et nanoélectronique
  • Nanosystèmes