Orientador: Maurice de Koning / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T03:22:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LandinezBorda_EdgarJosue_M.pdf: 6192602 bytes, checksum: b68b0a1398ca87f49a34034ae4473a58 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Nesta dissertação abordamos o problema da escala temporal nas simulações atomísticas, focando no problema de eventos raros. A solução deste problema so e possível com o desenvolvimento de técnicas especiais. Especificamente, estudamos o método super-simétrico para encontrar caminhos de reação. Este metodo não apresenta as limitições comuns de outros metodos para eventos raros. Aplicamos o método a três problemas padrão e encontramos que o método permite estudar as transições raras sem precisar de um conhecimento detalhado do sistema. Além disso permite observar qualitativamente os mecanismos de transição / Abstract: This thesis deals with the problem of time scale in atomistic simulations, focusing on the problem of rare events. The solution to this problem is only possible with the development of special techniques. Specifically, we studied the super-symmetric method to find reaction pathways. This method does not have the usual limitations of other methods for rare events. We apply the method to three standard problems and find that the method allows to study the rare transitions without a detailed knowledge of the system. In addition, it allows us to observe qualitatively the transition mechanisms / Mestrado / Física Estatistica e Termodinamica / Mestre em Física

Orientador: Maurice de Koning / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T00:50:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_RodrigoMoura_M.pdf: 11496259 bytes, checksum: 41c29f22d80da01064cf7a3b9681b05f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Devido aos avanços conceptuais e técnicos feitos em física computacional e ciência dos materiais computacional nos estamos aptos a resolver problemas que eram inacessíveis a alguns anos atrás. Nessa dissertação estudamos a evolução de alguma destas técnicas, apresentando a teoria e técnicas de simulação computacional para estudar transições de fase de primeira ordem com ênfase nas técnicas mais avançadas de calculo de energia livre (Reversible Scaling) e métodos de simulação de eventos raros (Forward Flux Sampling) usando a técnica de simulação atomística da Dinâmica Molecular. A evolução e melhora da e ciência destas técnicas e apresentada junto com aplicações a sistemas simples que permitem solução exata e também ao caso mais complexo da transição de fase Martenstica. Também apresentamos a aplicação de métodos numéricos no estudo do modelo de Pauling para o gelo. Nos desenvolvemos e implementamos um novo algoritmo para a criação e ciente de estruturas de gelo desordenadas. Este algoritmo de geração de cristais de gelo nos permitiu criar células de gelo Ih de tamanhos que não eram possíveis antes. Usando este algoritmo abordamos o problema de efeitos de tamanho finito não estudados anteriormente / Abstract: Due to the conceptual and technical advances being made in computational physics and computational materials science we have been able to tackle problems that were inaccessible a few years ago. In this dissertation we study the evolution of some of these techniques, presenting the theory and simulation methods to study _rst order phase transitions with emphasis on state-of-the-art free-energy calculation (Reversible Scaling) and rare event (Forward Flux Sampling) methods using the atomistic simulation technique of Molecular Dynamics. The evolution and efficiency improvement of these techniques is presented together with applications to simple systems that allow exact solution as well as the more the complex case of Martensitic phase transitions. We also present the application of numerical methods to study Pauling\'s model of ice. We have developed and implemented a new algorithm for efficient generation of disordered ice structures. This ice generator algorithm allows us to create ice Ih cells of sizes not reported before. Using this algorithm we address finite size effects not studied before / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Maurice de Koning / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:27:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PomaBernaola_AdolfoMaximo_M.pdf: 3697892 bytes, checksum: a07c1ad647a61d9862283f697732410e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Nesta dissertação abordamos o estudo de uma das limitações da simulação atomística denominada o evento raro, quem é responsável pela limitação temporal, exemplos de problemas que envolvem os eventos raros são, o enovelamento de proteínas, mudanças conformacionais de moléculas, reações químicas (em solução), difusão de sólidos e os processos de nucleação numa transição de fase de 1a ordem, entre outros. Métodos convencionais como Dinâmica Molecular (MD) ou Monte Carlo (MC) são úteis para explorar a paisagem de energia potencial de sistemas muito complexos, mas em presença de eventos raros se tornam muito ineficientes, devido à falta de estatística na amostragem do evento. Estes métodos gastam muito tempo computacional amostrando as configurações irrelevantes e não as transições de interesse. Neste sentido o método Transition Path Sampling (TPS), desenvolvido por D. Chandler e seus colaboradores, consegue explorar a paisagem de energia potencial e obter um conjunto de verdadeiras trajetórias dinâmicas que conectam os estados metaestáveis em presença de evento raros. A partir do ensemble de caminhos a constante de reação e o mecanismo de reação podem ser extraídos com muito sucesso. Neste trabalho de mestrado implementamos com muito sucesso o método TPS e realizamos uma comparação quantitativa em relação ao método MC configuracional num problema padrão da isomerização de uma molécula diatômica imersa num líquido repulsivo tipo Weeks-Chandler-Andersen (WCA). A aplicação destes métodos mostrou como o ambiente, na forma de solvente, pode afetar a cinética de um evento raro / Abstract: In this dissertation we aproach the study of one of the limitations of the atomistic simulation called the rare event, which is responsible for the temporal limitation. Examples of problems that involve the rare event are the folding protein, conformational changes in molecules, chemical reactions (in solution), solid diffusion, and the processes of nucleation in a first-order phase transition, among other. Conventional methods as Molecular Dynamics (MD) or Monte Carlo (MC) are useful to explore the potencial energy landscape of very complex systems, but in presence of rare events they become very inefficient, due to lack of statistics in the sampling of the event. These methods spend much computational time sampling the irrelevant configurations and not the transition of interest. In this sense, the Transition Path Sampling (TPS) method, developed by D. Chandler and his collaborators, can explore the potential energy landscape and get a set of true dynamical trajectories that connect the metastable states in presence of the rare events. From this ensemble of trajectories the rate constant and the mechanism of reaction can be extracted with great success. In this work we implemented the TPS method and carried out a quantitative comparison in relation to the configurational MC method in a standard problem of the isomerization of a diatomic molecule immersed in a Weeks-Chandler-Andersen (WCA) repulsive fluid. The application of these methods showed as the environment, in the form of solvent, can affect the kinetic of a rare event / Mestrado / Física Estatistica e Termodinamica / Mestre em Física