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[en] DESIGN, OPTIMIZATION, SIMULATION AND PREDICTION OF NANOSTRUCTURES PROPERTIES BY COMPUTATIONAL INTELLIGENCE TECHNIQUES: INTELLIGENT COMPUTATIONAL NANOTECHNOLOGY / [pt] PROJETO, OTIMIZAÇÃO, SIMULAÇÃO E PREDIÇÃO DE PROPRIEDADES DE NANOESTRUTURAS ATRAVÉS DE TÉCNICAS DA INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL: NANOTECNOLOGIA COMPUTACIONAL INTELIGENTEOMAR PARANAIBA VILELA NETO 12 February 2010 (has links)
[pt] Esta tese investiga a Nanotecnologia Computacional Inteligente, isto é, o apoio
de técnicas de Inteligência Computacional (IC) nos desafios enfrentados pela
Nanociência e Nanotecnologia. Por exemplo, utilizam-se as Redes Neurais para
construir sistemas de inferência capazes de relacionar um conjunto de parâmetros
de entrada com as características finais das nanoestruturas, permitindo aos
pesquisadores prever o comportamento de outras nanoestruturas ainda não realizadas
experimentalmente. A partir dos sistemas de inferência, Algoritmos Genéticos
são então empregados com o intuito de encontrar o conjunto ótimo de parâmetros
de entrada para a síntese (projeto) de uma nanoestrutura desejada. Numa outra
linha de investigação, os Algoritmos Genéticos são usados para a otimização de
parâmetros de funções de base para cálculos ab initio. Neste caso, são otimizados
os expoentes das funções gaussianas que compõem as funções de base. Em
outra abordagem, os Algoritmos Genéticos são aplicados na otimização de agregados
atômicos e moleculares, permitindo aos pesquisadores estudar teoricamente os
agregados formados experimentalmente. Por fim, o uso destes algoritmos, aliado ao
uso de simuladores, é aplicado na síntese automática de OLEDs e circuitos de Autômatos
Celulares com Pontos Quânticos (QCA). Esta pesquisa revelou o potencial
da IC em aplicações inovadoras. Os sistemas híbridos de otimização e inferência,
por exemplo, concebidos para prever a altura, a densidade e o desvio padrão de
pontos quânticos auto-organizáveis, apresentam altos níveis de correlação com os
resultados experimentais e baixos erros percentuais (inferior a 10%). O módulo de
elasticidade de nanocompósitos também é previsto por um sistema semelhante e
apresenta erros percentuais ainda menores, entorno de 4%. Os Algoritmos Genéticos,
juntamente com o software de modelagem molecular Gaussian03, otimizam os
parâmetros de funções que geram expoentes de primitivas gaussianas de funções
de base para cálculos hartree-fock, obtendo energias menores do que aquelas apresentadas
nas referencias. Em outra aplicação, os Algoritmos Genéticos também
se mostram eficientes na busca pelas geometrias de baixa energia dos agregados
atômicos de (LiF)nLi+, (LiF)n e (LiF)nF-, obtendo uma série de novos isômeros
ainda não propostos na literatura. Uma metodologia semelhante é aplicada em um
sistema inédito para entender a formação de agregados moleculares de H2O iônicos,
partindo-se de agregados neutros. Os resultados mostram como os agregados
podem ser obtidos a partir de diferentes perspectivas, formando estruturas ainda não investigadas na área científica. Este trabalho também apresenta a síntese automática
de circuitos de QCA robustos. Os circuitos obtidos apresentam grau de polarização
semelhante àqueles propostos pelos especialistas, mas com uma importante redução
na quantidade de células. Por fim, um sistema envolvendo Algoritmos Genéticos e
um modelo analítico de OLEDs multicamadas otimizam as concentrações de materiais
orgânicos em cada camada com o intuito de obter dispositivos mais eficientes.
Os resultados revelam um dispositivo 9,7% melhor que a solução encontrada na
literatura, sendo estes resultados comprovados experimentalmente. Em resumo, os
resultados da pesquisa permitem constatar que a inédita integração das técnicas de
Inteligência Computacional com Nanotecnologia Computacional, aqui denominada
Nanotecnologia Computacional Inteligente, desponta como uma promissora alternativa
para acelerar as pesquisas em Nanociência e o desenvolvimento de aplicações
nanotecnológicas. / [en] This thesis investigates the Intelligent Computational Nanotechnology, that is, the
support of Computational Intelligence (CI) techniques in the challenges faced by
the Nanoscience and Nanotechnology. For example, Neural Networks are used for
build Inference systems able to relate a set of input parameters with the final characteristics
of the nanostructures, allowing the researchers foresees the behavior of
other nanostructures not yet realized experimentally. From the inference systems,
Genetic Algorithms are then employees with the intention of find the best set of
input parameters for the synthesis (project) of a desired nanostructure. In another
line of inquiry, the Genetic Algorithms are used for the base functions optimization
used in ab initio calculations. In that case, the exponents of the Gaussian functions
that compose the base functions are optimized. In another approach, the Genetic Algorithms
are applied in the optimization of molecular and atomic clusters, allowing
the researchers to theoretically study the experimentally formed clusters. Finally,
the use of these algorithms, use together with simulators, is applied in the automatic
synthesis of OLEDs and circuits of Quantum Dots Cellular Automata (QCA). This
research revealed the potential of the CI in innovative applications. The hybrid systems
of optimization and inference, for example, conceived to foresee the height, the
density and the height deviation of self-assembled quantum dots, present high levels
of correlation with the experimental results and low percentage errors (lower to
10%). The Young’s module of nanocomposites is also predicted by a similar system
and presents percentage errors even smaller, around 4%. The Genetic Algorithms,
jointly with the package of molecular modeling Gaussian03, optimize the parameters
of functions that generate exponents of primitive Gaussian functions of base
sets for hartree-fock calculations, obtaining smaller energies than those presented
in the literature. In another application, the Genetic Algorithms are also efficient in
the search by the low energy geometries of the atomic clusters of (LiF) nLi +, (LiF)
n and (LiF) nF-, obtaining a set of new isomers yet not propose in the literature. A
similar methodology is applied in an unpublished system for understand the formation
of molecular cluster of ionic H2O from neutral clusters. The results show how
the clusters can be obtained from different perspectives, forming structures not yet
investigate in the scientific area. This work also presents the automatic synthesis of
robust QCA circuits. The circuits obtained present high polarization, similar to those
proposed by the specialists, but with an important reduction in the quantity of cells. Finally, a system involving Genetic Algorithms and an analytic model of multilayer
OLEDs optimize the concentrations of organic material in each layer in order to obtain
more efficient devices. The results reveal a device 9.7% better that the solution
found in the literature, being these results verified experimentally. In summary, the
results of the proposed research allow observe that the unpublished integration of
the techniques of Computational Intelligence with Computational Nanotechnology,
here named Intelligent Computational Nanotechnology, emerges as a promising
alternative for accelerate the researches in Nanoscince and the development of application
in Nanotechnology.
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[en] SYNTHESIS BY HYDROGEN REDUCTION AND CHARACTERIZATION OF THE NI-CO ALLOY / [pt] OBTENÇÃO POR REDUÇÃO PELO HIDROGÊNIO E CARACTERIZAÇÃO DA LIGA NI-CODANIELA WERNECK DE MACEDO 17 March 2006 (has links)
[pt] Os materiais nanoestruturados têm se destacado nas
pesquisas científicas
relacionadas aos novos materiais por propriedades
particulares, muitas vezes não
presentes no mesmo material com constituição não
nanométrica. O presente
trabalho apresenta uma rota alternativa para síntese de
liga de cobalto e níquel
nanoestruturada. Esta rota tem como ponto de partida a
obtenção de óxidos dos
metais a partir da dissociação de seus respectivos
nitratos e, subseqüente redução
dos óxidos por hidrogênio. Os óxidos foram obtidos
separadamente e também
associados (co-formados) a partir da dissociação da
mistura de seus nitratos à
400oC por três horas. Difração de raio-x foi utilizada
para confirmar a formação
de Co3O4 e NiO. Análises em MET (Microscópio Eletrônico de
Transmissão)
mostraram que, tanto o Co quanto o Ni, apresentavam
partículas de dimensões
nanométricas, com cerca de 20nm no caso do NiO e na faixa
de 20-50nm no caso
do Co3O4. As partículas de óxidos co-formados observadas
apresentaram
dimensões na faixa de 10nm a 50nm. Redução por H2 foi
utilizada para obtenção
dos metais Ni e Co e da liga. Estudos termodinâmicos
preliminares foram
realizados para confirmar a viabilidade do processo. As
variáveis de processo
analisadas foram temperatura (faixa de 200oC-500oC) e
pressão parcial de H2 (0,4-
1,0atm). A redução do NiO mostrou um comportamento
autocatalítico com Ea =
28,7kJ/mol, enquanto as reduções de Co3O4 e NiO+Co3O4 co-
formados sugeriram
modelo topoquímico, com Ea = 33,7kJ/mol e 29,7kJ/mol,
respectivamente. Para a
redução dos óxidos NiO+Co3O4 co-formados (obtenção da
liga), a reação mostrou
ser de 1a. ordem. Análises estruturais da liga realizadas
em MET revelaram
tamanhos médios de 20nm. / [en] It has been clear the increasing importance of
nanostructured materials in the
present scientific and technological developments due to
their unique properties. It
is also well established that properties of materials can
be severely altered by
making them to reach a nanostructured condition.
The present work presents an alternative route for obtain
nanoestructured nickelcobalt
alloy. The methodology is based on the dissociation of the
metal nitrates in
a very small oxides particles, even nanometric ones, and
subsequent hydrogen
reduction of the obtained oxides. Thermodynamic studies
have been developed to
support the feasibility of the reactions carried out to
obtain nickel and cobalt
oxides as well as the metals particles.
Nickel and cobalt oxides were produced, either isolated or
co-formed, by
dehydrating a water dissolved homogeneous solution of Ni
(NO3)2 or/and
Co(NO3)2 at 400oC for about three hours. X-ray diffraction
has been carried out to
confirmed the Co3O4 and NiO formation. Transmission
Electron Microscopy
(TEM) studies have shown nanoscale structures with
different morphology and
size distribution.
Hydrogen reduction was applied to obtain Ni, Co and Ni0.5-
Co0.5 alloy. The
temperature and hydrogen partial pressure range studied
were, respectively,
200oC-500oC and 0,4-1,0atm. The NiO reduction showed an
autocatalytic
behavior with Ea = 28,7kJ/mol while the isolated Co3O4 and
the co-formed oxides
reductions followed topochemical reaction model, with Ea =
33,7kJ/mol and
29,7kJ/mol, respectively.
The Ni-Co alloy synthesis reaction showed a first order
behavior. The TEM
studies have revealed a Ni-Co alloy constituted by
nanoscale single crystals of
about 20nm in size.
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[en] SIMULATION AND AUTOMATIC SYNTHESES OF QUANTUM DOTS CELLULAR AUTOMATA CIRCUITS THOUGHT INTELLIGENT TECHNIQUES / [pt] SIMULAÇÃO E SÍNTESE AUTOMÁTICA DE CIRCUITOS DE AUTÔMATOS CELULARES COM PONTOS QUÂNTICOS ATRAVÉS DE TÉCNICAS INTELIGENTESOMAR PARANAIBA VILELA NETO 26 July 2006 (has links)
[pt] Esta dissertação investiga e propõe um novo simulador de
circuitos de
Autômatos Celulares com Pontos Quânticos (QCA) e uma nova
metodologia para
a criação e otimização de circuitos lógicos, utilizando
técnicas da inteligência
computacional. Autômatos Celulares com Pontos Quânticos é
uma nova
tecnologia, na escala nanométrica, que tem chamado a
atenção dos pesquisadores
por ser uma alternativa à tecnologia CMOS, cujo limite
físico de miniaturização
será atingido nos próximos anos. QCA tem um grande
potencial no
desenvolvimento de circuitos com maior densidade espacial,
maior velocidade,
baixa dissipação e baixo consumo de energia. Ao contrário
das tecnologias
tradicionais, QCA não codifica a informação pelo fluxo de
corrente elétrica, mas
pela configuração das cargas elétricas no interior das
células. A interação
coulombiana entre as células garante o fluxo da
informação. Apesar de simples,
essas características fazem com que a arquitetura de
circuitos de QCA se torne
não trivial. Portanto, a criação de um simulador e de uma
metodologia de
elaboração e síntese automática de circuitos possibilitam
aos cientistas uma
melhor visualização de como esses dispositivos funcionam,
acelerando o
desenvolvimento desses sistemas na escala nanométrica.
Para atingir o objetivo
proposto, técnicas de inteligência computacional, tais
como redes neurais do tipo
Hopfield, para o desenvolvimento do simulador, e
algoritmos genéticos, para a
metodologia de criação e otimização dos circuitos, foram
empregadas. Os
resultados encontrados foram significativos, comprovando
que as técnicas da
inteligência computacional podem ser uma ferramenta
estratégica para o rápido
desenvolvimento da nanoeletrônica e da nanotecnologia em
geral. / [en] This dissertation investigates and considers a new
simulator of Quantum
Dots Cellular Automata (QCA) Circuits and a new
methodology for the synthesis
and optimization of logical circuits, by means of
Computational Intelligence.
Quantum-dot Cellular Automata (QCA) is a new technology in
the nanometric
scale which has called attention from researchers as one
alternative for the CMOS
technology, which is reaching its physical limitation. QCA
have a large potential
in the development of circuits with high space density and
low heat dissipation,
and can allow the development of faster computers with
lower power
consumption. Differently from the conventional
technologies, QCA do not codify
information by means of electric current flow, but rather
by the configuration of
electrical charges in the interior of the cells. The
Coulomb interaction between
cells is responsible by the flow of information. Despite
simple, these features
become the design of logical devices into a non-trivial
task. Therefore, the
development of a simulator and a methodology of automatic
synthesis of QCA
circuits make possible to the scientist a better
evaluation of how these circuits
work, accelerating the development of these new systems in
the nanometer scale.
To reach the proposed target, Computational Intelligence
techniques were used.
The first results show that these techniques are capable
of simulating efficiently
and fast, synthesizing optimized circuits with a reduced
number of cells. Such
optimization reduces the possibility of failures and
guarantees higher speed.
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[en] DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF ORGANIC LIGHT-EMITTING TRANSISTORS (OLETS) BASED ON CONJUGATED SMALL MOLECULES / [pt] DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE TRANSISTORES ORGÂNICOS EMISSORES DE LUZ (OLETS) BASEADOS EM MOLÉCULAS PEQUENAS CONJUGADASARTHUR RODRIGUES JARDIM BARRETO 27 September 2018 (has links)
[pt] Este trabalho teve como objetivo fabricar e caracterizar Transistores Orgânicos Emissores de Luz (OLETs, Organic light-Emitting Transistors). Os OLETs combinam em um único dispositivo a funcionalidade elétrica de um transistor de efeito de campo orgânico e a capacidade de geração de luz, representando uma nova classe de dispositivos orgânicos com alto potencial de inovação em aplicações, como sistemas ópticos de comunicação, tecnologia de displays avançada, lasers orgânicos, fontes de luz em nanoescala e optoeletrônica orgânica integrada. Portanto, esta tese possui um caráter pioneiro, tanto para grupo de pesquisa quanto para o país, uma vez que ocorre a junção dos conhecimentos e domínio adquiridos sobre OFETs e OLEDs. Efetivamente, este trabalho de doutorado consistiu na fabricação e caracterização sistemática de diversos dispositivos OLET utilizando variadas arquiteturas e diversos materiais, comerciais e não comerciais, como o NT4N, o P13 e uma bicamada de C8-BTBT com TcTa:Ir(ppy)3. Os dispositivos foram caracterizados através de medidas elétricas e óticas, obtendo-se as curvas características. Também foram determinados seus parâmetros e propriedades de funcionamento, com destaque para as mobilidades de carga e para as eficiências obtidas. Houve também o entendimento e a implementação de um tratamento térmico na camada dielétrica, sendo parte fundamental da fabricação dos dispositivos. Os dispositivos fabricados apresentaram diferentes graus de desempenho, com destaque para a arquitetura bicamada, por apresentar a maior potência luminosa (4 microwatt) e a maior eficiência (0,5 por cento), sendo suficientes para inserir os dispositivos fabricados na categoria de dispositivos orgânicos altamente eficientes. Tal fato demonstra que o domínio da fabricação e da caracterização desta nova classe de dispositivos foi alcançado. / [en] The aim of this work was to achieve the knowledge of the fabrication and the characterization of Organic Light Emitting Transistors, OLETs, considered as one of the innovative technologies nowadays. The OLETs combine in a single device the electrical functionality of an organic field-effect transistor (OFET) and the light-generating capability. They represent a promising new class of organic devices with high potential for innovation in applications such as communication systems, advanced display technology, organic lasers, nanoscale light sources and integrated organic optoelectronics. In some way, this thesis has a pioneer
character, both for our research group and for the country, since it combines different knowledge and skills about OFETs and OLEDs to achieve a new device. Actually, this work involved the systematic manufacture and characterization of several OLETs using different architectures employing commercial and noncommercial materials, such NT4N, P13 and a bilayer of C8-BTBT with TcTa:Ir(ppy)3. The devices were then characterized by electrical and optical measurements. The working parameters and properties were determined as well, highlighting the charge carrier mobilities and efficiencies obtained. The understanding and the implementation of a specific heat treatment in the dielectric layer was a fundamental part of this work for the manufacture of the devices which have different degrees of performance. With emphasis on the bilayer architecture, that presented the highest luminous power (4 microwatt) and efficiency (0,5 percent), inserting the devices manufactured in the category of highly efficient organic devices. Such fact shows that the fabrication and characterization of this new class of devices has been achieved.
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[pt] DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE DISPOSITIVOS FOSFORESCENTES BASEADOS EM COMPOSTOS ORGÂNICOS DE BAIXO PESO MOLECULAR / [en] DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF PHOSPHORESCENT DEVICES BASED ON LOW MOLECULAR WEIGHT ORGANIC COMPOUNDSYOLANDA DEL ROCIO ANGULO PAREDES 16 November 2021 (has links)
[pt] Neste trabalho é apresentado o estudo dos dispositivos orgânicos emissores de luz fosforescentes (PHOLED) baseados em compostos de baixo peso molecular. O estudo foi fundamentado nas análises dos complexos baseados no íon de Ir3+: [Ir(t-pzp)2pic] [fac-Ir(t-bupzp)3] e outros complexos já estudados anteriormente a base de Eu3+: [Eu(DBM)3PHEN] e [Eu(DBM)3DMSO2]. No desenvolvimento dos PHOLEDs, a dopagem de uma matriz orgânica com estes complexos reveste uma importância fundamental. Por tanto, como o intuito de estudar e analisar estes sistemas os complexos foram dopados com diversas concentrações em diferentes matrizes orgânicas. Os resultados obtidos revelaram que no caso dos complexos de Ir3+ os melhores valores da concentração do complexo encontram-se na faixa 13-15 porcento em peso. Já no caso dos complexos de íons de terra rara (Eu3+) as melhores concentrações devem ser superiores a 15 porcento em massa, para que ocorra uma transferência de energia eficiente e mantendo o espectro de emissão dos complexos resultando em um aumento da eficiência externa dos dispositivos. Neste trabalho foi desenvolvida também, uma metodologia que, combinando as técnicas de XRF e RBS, permite elaborar um gráfico de calibração para a determinação da concentração efetiva do dopante nos diferentes filmes co-depositados. Finalmente, para aumentar a eficiência dos PHOLEDs foi investigado o efeito da vibração do substrato durante a deposição térmica dos filmes. Os resultados indicam uma redução na densidade de aglomerados e na rugosidade, além de uma melhoria na homogeneidade dos filmes depositados. O aumento de 40 porcento na eficiência do dispositivo fabricados indica que a técnica de vibração é promissora para o desenvolvimento de dispositivos eficientes. / [en] This thesis reports the investigation of the phosphorescent organic light emitting devices (PHOLED) based on low molecular compounds. The study was carried out by analyzes the optical and electrical characteristics of thin films of Ir3+: [Ir(t-pzp)2pic] and [fac-Ir(t-bupzp)3] and other complexes based on Eu3+: [Eu(DBM)3PHEN] and [Eu(DBM)3(DMSO)2]. In developing of PHOLEDs, technology, the doping of an organic matrix with these complexes has a fundamental importance. Therefore, in order to investigate these systems Ir3+ and Eu3+ organic complexes were used as doping with a variety of concentrations in different organic matrix. The results revealed that in the case of Iridium complexes the best values are in the range 13-15 percent. On the other hand, for the rare earth complexes the best concentrations should be greater than 15 percent in order to obtain a efficient energy transfer preserving the emission spectrum of the complexes. Furthermore, the use of the doping results in an increased of the external efficiency of the device. In this work, a methodology combining the XRF and RBS techniques was also developed which allows the direct determination of the effective dopant concentration in co-deposited films through a calibration curve. Finally, to increase the efficiency of the PHOLEDs, the effect of mechanical vibration of the substrate on the thin films characteristics during the thermal deposition was investigated. The results indicate a reduction in the clusters density and film roughness, and an improved homogeneity of the deposited films. The 40 percent increase in efficiency of the devices fabricated under these conditions is a clear indication that the technology holds promise for the development of efficient devices.
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[en] PRODUCTION OF BORON DOPED SINGLE WALLED CARBON NANOTUBES VIA DIFFERENT PRECURSORS / [pt] PRODUÇÃO DE NANOTUBOS DE CARBONO DE PAREDES SIMPLES DOPADOS COM BORO A PARTIR DE DIFERENTES PRECURSORESERICK COSTA E SILVA TALARICO 21 September 2016 (has links)
[pt] Nanotubo de Carbono é um alótropo do Carbono cujo caráter 1D confere-lhe
propriedades mecânicas, eletrônicas, térmicas, ópticas excepcionais. Por isso que
cientistas têm estudado este material intensamente, tanto do ponto de vista teórico,
como de um ponto de vista experimental. Um dos interesses de pesquisa
experimental é se conseguir produzir de forma controlada Nanotubos de Carbono
com propriedades otimizadas, para aplicações específicas. Outra linha de pesquisa
experimental que existe é a de sintetizar Nanotubos de Carbono dopados, com o
objetivo de se criar Nanotubos com novas propriedades físicas. A presente
dissertação de Mestrado concentra-se na síntese de especificamente Nanotubos de
paredes simples dopados com Boro, e tem como objetivos avaliar a viabilidade de
se produzir tais Nanotubos dopados com níveis de dopagem controlados, assim
como estudar as novas propriedades físicas que surgem em Nanotubos dopados.
Inicialmente, neste trabalho será conduzida uma revisão da atual literatura
científica sobre Nanotubos de Carbono, com foco nas diferenças físicas entre
nanotubos puros e dopados. Em seguida, o aparato experimental e a metodologia
utilizada serão descritos. Por fim, os resultados experimentais serão analisados
objetivando-se entender a nova física por trás dos nanotubos dopados com Boro,
assim como responder à questão se o método adotado conseguiu produzir
Nanotubos dopados de forma controlada. / [en] Carbon nanotube is a carbon allotrope whose unique characteristic is its 1D
geometry, and that has outstanding mechanical, electronic, thermal, optical
properties. Nonetheless, this material has been deeply studied from theoretical and
experimental standpoints. From the experimental point of view, there is the
interest to create a controlled synthesis of Carbon Nanotubes with optimized
physical properties for specific purposes. Another contemporary research interest
is on the synthesis of doped Carbon Nanotubes, with the objective of inducing
new properties on the Nanotube. This thesis work focuses on the synthesis of,
specifically, Boron doped Single Walled Carbon Nanotubes, and aims to study the
feasibility of producing Carbon Nanotubes with controlled doping levels by
changing the precursor substance, and to understand the new physical properties
that arise from the incorporation of Boron heteroatoms on the Carbon Nanotube
structure. In this thesis work, a review of the current literature about Carbon
Nanotube science is conducted, with focus on the differences in properties
between pristine and doped tubes. Then, the experimental setup and methodology
is explained. Finally, the experimental results are analyzed in order to understand
the new physics of Boron doped Single Walled Carbon Nanotubes, and answer
the question of whether a controllable method has been developed to dope Carbon
Nanotubes.
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[en] INVESTIGATION OF AN AB INITIO MODEL TO ELECTRONIC STRUCTURE OF ATOMS BASED ON EVOLUTIVE ALGORITMS, WAVELETS AND LAGUERRE POLYNOMIALS / [pt] INVESTIGAÇÃO DE UM MODELO AB INITIO PARA CÁLCULOS DE ESTRUTURA ELETRÔNICA DE ÁTOMOS POR ALGORITMOS EVOLUTIVOS, WAVELETS E POLINÔMIOS DE LAGUERREIURY STEINER DE OLIVEIRA BEZERRA 28 August 2018 (has links)
[pt] A simulação da estrutura eletrônica de átomos e moléculas, desde do início da década de 90, tem se mostrado uma ferramenta imprescindível para o desenvolvimento de áreas estratégicas, ainda emergentes, mas fundamentais, como por exemplo, a área de Nanotecnologia. No entanto, esse tipo de simulação, ainda hoje é de grande complexidade e exige alto poder computacional. Dessa forma, torna-se fundamental a criação de métodos de simulação mais precisos e computacionalmente menos custosos. Este trabalho utiliza Algoritmos Evolutivos e métodos de Inteligência Computacional junto de algumas ferramentas desenvolvidas e estudadas tradicionalmente pela Matemática Aplicada em cálculos de estrutura eletrônica. Em particular, são construídas novas formas de aproximação de soluções para equação de Schrodinger, que contemplem os requisitos físicos necessários. Essas soluções serão nomeadas de funções de ondas evolucionárias, que neste trabalho serão tratadas como pontos em um espaço de Hilbert formado pelo fecho em L (2) da interseção das funções definidas na semi-reta, contínuas e de derivadas contínuas, simétricas ou antissimétricas com relação à permutação de suas coordenadas. São demonstrados alguns resultados, requisitos para utilização de Algoritmos Evolucionários e Séries de Fourier Generalizadas, baseadas em polinômios de Laguerre modificados e Wavelets. Esta pesquisa é desenvolvida inicialmente para sistemas de dois elétrons, e mais tarde é estendida para sistemas mais complexos, a fim de criar uma abordagem alternativa as tradicionais. / [en] The simulation of the electronic structure of atoms and molecules has been shown to be, from the beginning of 90 s, an indispensable tool for the development of strategic areas, that are still emergent, but fundamental, like nanotechnology. However, this type of simulation is still of great complexity today and demands high computational power. Thus, the creation of more precise and less costly methods becomes fundamental. With the elaboration of this research, the intention is to create alternatives basis that can be used into the traditional methods of simulation of electronic structure, such as the Hartree-Fock method, GVB, among others. This essay intends to investigate part of the mathematical tools used in the calculations of electronic structure, in order to create disruptive approaches, related to the precision or velocity of the obtainment of relevant results. The new methods are based in Computational Intelligence and concepts of Functional Analysis like Wavelets.
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[pt] OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL DE AGLOMERADOS DE CARBONO POR PROGRAMAÇÃO GENÉTICA / [en] STRUCTURE OPTIMIZATION OF CARBON CLUSTERS BY GENETIC PROGRAMMINGROGERIO CORTEZ BRITO LEITE POVOA 23 October 2018 (has links)
[pt] Esta dissertação investiga o uso da Programação Genética para otimização estrutural de aglomerados de carbono. O objetivo primordial do estudo de cálculos que descrevam as interações de um aglomerado é encontrar o arranjo de átomos que corresponde à menor energia, ou àqueles que possuem energias próximas, já que estes são os candidatos mais prováveis de serem formados. Recentemente, na
área da Inteligência Computacional, estudos apresentaram um novo método de otimização, chamado de Otimização por Programação Genética (OPG), com resultados promissores, avaliados em diversos casos de referência. A partir destes resultados, esta pesquisa aplica, de forma inédita, a abordagem OPG em
problemas de otimização estrutural de aglomerados. Para fins de comparação, foram realizadas otimizações independentes utilizando o modelo tradicional de Algoritmos Genéticos (AGs). Neste trabalho, foram realizados vários ensaios computacionais utilizando os métodos OPG e AG para otimizar a geometria, ou seja, encontrar a estrutura de menor energia, de aglomerados de carbono de 5 a 25 átomos. Para o cálculo da energia, foi utilizado o potencial de Morse. Os valores das energias encontrados e as geometrias de cada aglomerado foram comparados com casos já publicados na literatura. Os resultados mostraram que, para os aglomerados menores, os dois métodos foram capazes de encontrar os mínimos globais, mas com o aumento do número de átomos, o OPG apresenta resultados superiores ao AG. Quanto ao tempo de execução por avaliação, o AG se mostrou significativamente mais rápido do que o do OPG, devido à sua representação direta das posições dos átomos, de um aglomerado, em um cromossomo. Porém a
superioridade dos resultados OPG em relação ao AG indicou que a melhoria na sua implementação poderá ser de grande utilidade na área de simulação de aglomerados atômicos ou moleculares. / [en] This dissertation investigates the use of Genetic Programming for the structural optimization of carbon clusters. The main objective concerning computations that describe the interactions of a cluster is to find the arrangements of atoms corresponding to the lowest energy, since these are the most likely candidates to be formed. It has been recently introduced in the area of Computational Intelligence a new optimization method, called Optimization by Genetic Programming (OGP), showing promising results for several benchmark cases. Based on these results, the present work aimed at the application of OGP for the geometry optimization of carbon clusters. For comparison purposes, independent optimizations using the standard genetic algorithm (GA) approach were carried out. Several optimization trials were performed using both GA and OGP in order to find the best geometries of carbon clusters with size ranging from
5 to 25 atoms. The energy was calculated using the Morse potential. Resulting energies and geometries were compared to previously published results. Both GA and OGP were able to find the global minimum for the smaller clusters. However, upon increasing the number of atoms, the OGP presented better results compared to the GA. Concerning the execution time for each evaluation, the GA is significantly faster than the OGP due to its direct representation of the positions of atoms of a cluster in a chromosome. However, the superiority of the OGP results compared to the GA results suggests that an effort towards the improvement of the implementation of OGP could lead to a very powerful optimization tool to be used by the scientific community.
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