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11	Accelerated sampling of energy landscapes Mantell, Rosemary Genevieve January 2017 (has links) In this project, various computational energy landscape methods were accelerated using graphics processing units (GPUs). Basin-hopping global optimisation was treated using a version of the limited-memory BFGS algorithm adapted for CUDA, in combination with GPU-acceleration of the potential calculation. The Lennard-Jones potential was implemented using CUDA, and an interface to the GPU-accelerated AMBER potential was constructed. These results were then extended to form the basis of a GPU-accelerated version of hybrid eigenvector-following. The doubly-nudged elastic band method was also accelerated using an interface to the potential calculation on GPU. Additionally, a local rigid body framework was adapted for GPU hardware. Tests were performed for eight biomolecules represented using the AMBER potential, ranging in size from 81 to 22\,811 atoms, and the effects of minimiser history size and local rigidification on the overall efficiency were analysed. Improvements relative to CPU performance of up to two orders of magnitude were obtained for the largest systems. These methods have been successfully applied to both biological systems and atomic clusters. An existing interface between a code for free energy basin-hopping and the SuiteSparse package for sparse Cholesky factorisation was refined, validated and tested. Tests were performed for both Lennard-Jones clusters and selected biomolecules represented using the AMBER potential. Significant acceleration of the vibrational frequency calculations was achieved, with negligible loss of accuracy, relative to the standard diagonalisation procedure. For the larger systems, exploiting sparsity reduces the computational cost by factors of 10 to 30. The acceleration of these computational energy landscape methods opens up the possibility of investigating much larger and more complex systems than previously accessible. A wide array of new applications are now computationally feasible. 660.0285
12	Influence de la liaison chimique sur la structure des surfaces d'alliages métalliques complexes / Influence of chemical bonding on surface structures of complex metallic alloys Meier, Matthias 09 December 2015 (has links) Un alliage métallique complexe est un intermétallique dont la maille est constituée d'un nombre important d'atomes et dont la structure peut être souvent décrite comme un empilement de motifs d'atomes reliés par des liaisons de type covalent. Al5Co2 est l'un de ces composés et est un catalyseur potentiel pour la semi-hydrogénation d'acétylène. L'influence de la structure tridimensionnelle sur les surfaces bidimensionnelles et donc la réactivité est étudiée. Pour se faire, le système massif est analysé en utilisant la DFT afin d'éclaircir ses propriétés thermodynamiques, électroniques et vibrationnelles. Les valeurs calculées, expérimentales et celles de la littérature sont en bon accord. La structure des surfaces de bas indice, (001), (100) et (2-10) est étudiée. Une combinaison de techniques d'analyse de surface sous ultra-vide - LEED, STM - et de DFT est utilisée pour les déterminations structurales. Les résultats indiquent que: (i) la structure des surfaces dépend des conditions de préparation, comme la température de recuit, (ii) la structure des surfaces peut être interprétée comme étant constituée de motifs tronqués où certaines liaisons de type covalent sont brisées. Les sites et les énergies d'adsorption des molécules impliquées dans la réaction de semi-hydrogénation sont calculés pour les trois surfaces. Pour les sites favorables, des distances spécifiques entre atomes d'hydrogène adsorbés et atomes de Co de surface et de sous-surface peuvent être observées. Les atomes de Co de sous-surface ont un caractère donneur d'électrons, stabilisant les atomes adsorbés en surface. En se basant sur des calculs NEB, de possibles chemins réactionnels sur la surface (2-10) sont proposés. L'activité calculée est similaire à celle obtenue pour la surface d'Al13Co4, qui est considérée comme un bon catalyseur. La sélectivité - la compétition entre la désorption d'éthylène et son hydrogénation en éthyle - est discutée. / A complex metallic alloy is an intermetallic with a large unit cell and whose structure can often be seen as a stacking of motifs of strongly covalent-like bonded atoms. Al5Co2 is such a compound and is a potential catalyst for the semi-hydrogenation of acetylene. The influence of the 3-dimensional structure on 2-dimensional surfaces is investigated. Therefore, the bulk system is analysed using DFT to gain insight in the thermodynamic, electronic and vibrational properties. Good agreements between calculated results, experimental ones and results found in the literature are obtained. The low index (001), (100) and (2-10) surfaces are investigated. A combination of surface analysis techniques under ultra high vacuum - LEED, STM - and DFT calculations is used for the structural investigations. The results show that: (i) the surface structure depends on the preparation conditions, such as the annealing temperature, (ii) the surface structure can be interpreted as truncated motif parts, where the covalent-like bonds are broken. Adsorption sites and energies of molecules involved in the semi-hydrogenation reaction are calculated for all three surfaces. For favourable adsorption sites, specific distances of adsorbed H atoms with Co surface and subsurface atoms are observed. These Co subsurface atoms have an electron donor character, stabilising the adsorbed atoms at the surface. Based on NEB calculations, possible reaction paths on the (2-10) surface are proposed. The calculated activity is similar to the one obtained for the Al13Co4 surface, which is considered a good catalyst. The selectivity - the competition between desorption of ethylene and its further hydrogenation - is discussed. Alliage Métallique Complexe Al5Co2 Surface LEED (diffraction d'électrons lents) STM (microscopie à effet tunnel) Semi-Hydrogénation Adsorption NEB (optimisation du chemin d'énergie) Complex Metallic Alloy Al5Co2 Surface LEED (low energy electron diffraction) STM (scanning tunneling microscopy) DFT (density functional theory) Semi-Hydrogenation Adsorption NEB (nudged elastic band) 530.417 546.3
13	Cobalt porphyrins on coinage metal surfaces - adsorption and template properties / Porphyrine de cobalt dans surfaces métalliques - propriété d’adsorption et de template Houwaart, Torsten 08 July 2014 (has links) Cette thèse est une étude théorique sur la interface de porphyrine de cobalt avec des surfaces métalliques avec le code VASP DFT. Le cadre DFT nécessaire a été introduit dans le chapitre 1. La structure de la jBardeen, une programme ecrit en Java, pour la simulation de la STM est expliqué dans le chapitre 2 et le code source est jointe en annexe. Une étude de l'adsorption de CoTPP sur les surfaces métalliques a été entrepris dans le chapitre 3. Différents paramètres de calcul ont été évalués: Le site d'adsorption et de la géométrie à la fois la molécule et la surface ont été étudiés par rapport à la xc-fonctionnel et correction de la dispersion utilisée. Une adsorption site le plus stable est identifié. Par conséquent, ce site plus stable a été étudiée pour sa structure électronique. Calculés images STM avec le code jBardeen ont été comparés avec une experimentation de CoTPP Cu sur une surface (111) avec une couverture sous monocouche. Dans le chapitre 4, un adatome Fe a été présenté à la CoTPP sur Ag système (111). Trois sites de liaison symétrique différentes pour l'atome Fe ont été identifiés sur le macrocycle, marqué les , bi-, brd- et bru-positions. Un moment magnétique pouvait être attestée qui a été principalement situé sur l'atome Fe. Voies possibles entre les quatre, symétriquement équivalentes, sites bi- ont été étudiées avec des méthodes différentes. Simples calculs dans le vacuum et calculs de la “Nudged Elastic Band” (NEB) de l'ensemble du système a révélé une hauteur de barrière légèrement au-dessus de 0,2 eV allant de position bi à la posititon brd. Une analyse de vibration a montré que la commutation de l'atome Fe est susceptible, lorsqu'il est perturbé hors d'équilibre dans les positions brd et bru. / This thesis is a theoretical study on the cobalt porphyrin - coinage metal surface interface with the DFT code VASP. The necessary DFT framework has been introduced in chapter 1. The structure of the Java program jBardeen for STM simulation is explained in chapter 2 and the source code is attached as Appendix. A study of the adsorption of CoTPP on coinage metal surfaces has been undertaken in chapter 3. Different parameters of the calculation have been evaluated: the adsorption site and the geometry of both the molecule and surface have been investigated with respect to the xc-functional and dispersion correction used. A most stable adsorption site -bridge down- is identified. Consequently, this most stable site was investigated for its electronic structure. Calculated STM images with the jBardeen code were compared with an experiment of CoTPP on a Cu(111) surface with sub monolayer coverage. In chapter 4 an Fe adatom was introduced to the CoTPP on Ag(111) system. Three symmetrically different binding sites for the Fe atom were identified on the macrocycle, labelled the bi-, brd- and bru-positions for bisector, bridge down and bridge up respectively. A magnetic moment could be evidenced which was mainly located on the Fe atom. Possible pathways between the four symmetrically equivalent bisector sites were investigated with different methods. Single point calculations in vacuum and Nudged Elastic Band (NEB) of the whole system revealed a barrier height of slightly above 0.2 eV going from bi- to the brd-position. A vibrational analysis showed that switching of the Fe atom is likely, when perturbed out of equilibrium in the brd- and bru- positions. Porphyrine de Cobalt CoTPP Pophyrine Microscope à effet tunnel STM DFT Surfaces métalliques Adsorption Templates Étude théorique Interface métal molécule VASP JBardeen Programme Java Site d'adsorption Géométrie d'adsorption Correction de dispersion Xc-fonctionnel D2 Grimmes potentiel Grimmes D2 Structure électronique Cu(111) Ag(111) Fe adatome Site de liaison Moment magnétique Couplage magnétique Dynamique de commutation NEB Analyse de vibration Analyse de charge Bader PDOS Cobalt-Tetra-Phenyl-Porphyrin CoTPP Porphyrins Scanning Tunneling Microscopy STM Density Functional Theory DFT Coinage metal surfaces Adsorption Templating Theoretical study Molecule metal interface VASP JBardeen Java program Adsorption site Adsorption geometry Xc-functional Dispersion correction D2 Grimmes potential Grimmes D2 Electronic structure Cu(111) Ag(111) Fe adatom Binding site Magnetic moment Magnetic coupling Switching dynamics NEB Nudged Elastic Band Vibrational analysis Bader charge analysis PDOS Projected Density of States

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