Étude de la formation et de l'évolution de nanostructures par méthodes Monte Carlo

Cette thèse, composée de quatre articles scientifiques, porte sur les méthodes numériques atomistiques et leur application à des systèmes semi-conducteurs nanostructurés. Nous introduisons les méthodes accélérées conçues pour traiter les événements activés, faisant un survol des développements du domaine. Suit notre premier article, qui traite en détail de la technique d'activation-relaxation cinétique (ART-cinétique), un algorithme Monte Carlo cinétique hors-réseau autodidacte basé sur la technique de l'activation-relaxation nouveau (ARTn), dont le développement ouvre la voie au traitement exact des interactions élastiques tout en permettant la simulation de matériaux sur des plages de temps pouvant atteindre la seconde. Ce développement algorithmique, combiné à des données expérimentales récentes, ouvre la voie au second article. On y explique le relâchement de chaleur par le silicium cristallin suite à son implantation ionique avec des ions de Si à 3 keV. Grâce à nos simulations par ART-cinétique et l'analyse de données obtenues par nanocalorimétrie, nous montrons que la relaxation est décrite par un nouveau modèle en deux temps: "réinitialiser et relaxer" ("Replenish-and-Relax"). Ce modèle, assez général, peut potentiellement expliquer la relaxation dans d'autres matériaux désordonnés. Par la suite, nous poussons l'analyse plus loin. Le troisième article offre une analyse poussée des mécanismes atomistiques responsables de la relaxation lors du recuit. Nous montrons que les interactions élastiques entre des défauts ponctuels et des petits complexes de défauts contrôlent la relaxation, en net contraste avec la littérature qui postule que des "poches amorphes" jouent ce rôle. Nous étudions aussi certains sous-aspects de la croissance de boîtes quantiques de Ge sur Si (001). En effet, après une courte mise en contexte et une introduction méthodologique supplémentaire, le quatrième article décrit la structure de la couche de mouillage lors du dépôt de Ge sur Si (001) à l'aide d'une implémentation QM/MM du code BigDFT-ART. Nous caractérisons la structure de la reconstruction 2xN de la surface et abaissons le seuil de la température nécessaire pour la diffusion du Ge en sous-couche prédit théoriquement par plus de 100 K.

Implantation et validation d’un modèle Monte Carlo du Cyberknife dans un outil de calcul de dose clinique

Le travail de modélisation a été réalisé à travers EGSnrc, un logiciel développé par le Conseil National de Recherche Canada.

Quelques contributions sur les méthodes de Monte Carlo

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Quelques contributions sur les méthodes de Monte Carlo

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effects of collimator backscatter in an Elekta linac by Monte Carlo simulation

The effects of radiation backscattered from the secondary collimators into the monitor chamber in an Elekta linac (producing 6 and 10 MV photon beams) are investigated using BEAMnrc Monte Carlo simulations. The degree and effects of this backscattered radiation are assessed by evaluating the changes to the calculated dose in the monitor chamber, and by determining a correction factor for those changes. Additionally, the fluency and energy characteristics of particles entering the monitor chamber from the downstream direction are evaluated by examining BEAMnrc phase-space data. It is shown that the proportion of particles backscattered into the monitor chamber is small (<0.35 %), for all field sizes studied. However, when the backscatter plate is removed from the model linac, these backscattered particles generate a noticeable increase in dose to the monitor chamber (up to approximate to 2.4 % for the 6 MV beam and up to 4.4 % for the 10 MV beam). With its backscatter plate in place, the Elekta linac (operating at 6 and 10 MV) is subject to negligible variation of monitor chamber dose with field size. At these energies, output variations in photon beams produced by the clinical Elekta linear accelerator can be attributed to head scatter alone. Corrections for field-size-dependence of monitor chamber dose are not necessary when running Monte Carlo simulations of the Elekta linac operating at 6 and 10 MV.

Population Monte Carlo Algorithm in High Dimensions

The population Monte Carlo algorithm is an iterative importance sampling scheme for solving static problems. We examine the population Monte Carlo algorithm in a simplified setting, a single step of the general algorithm, and study a fundamental problem that occurs in applying importance sampling to high-dimensional problem. The precision of the computed estimate from the simplified setting is measured by the asymptotic variance of estimate under conditions on the importance function. We demonstrate the exponential growth of the asymptotic variance with the dimension and show that the optimal covariance matrix for the importance function can be estimated in special cases.

A cost-based optimization of a fiberboard pressing plant using Monte-Carlo simulation (a reliability program)

In this research the reliability and availability of fiberboard pressing plant is assessed and a cost-based optimization of the system using the Monte- Carlo simulation method is performed. The woodchip and pulp or engineered wood industry in Australia and around the world is a lucrative industry. One such industry is hardboard. The pressing system is the main system, as it converts the wet pulp to fiberboard. The assessment identified the pressing system has the highest downtime throughout the plant plus it represents the bottleneck in the process. A survey in the late nineties revealed there are over one thousand plants around the world, with the pressing system being a common system among these plants. No work has been done to assess or estimate the reliability of such a pressing system; therefore this assessment can be used for assessing any plant of this type.