Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T18:18:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mello_DeniseFernandesde_D.pdf: 1397492 bytes, checksum: b1590e3483aabb6ab0ef36fe296eeb94 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Desenvolvemos um novo método para o cálculo da Densidade de Estados eletrônicos (DOS) de Ligas Binárias Desordenadas. O método proposto permite a introdução de efeitos de ordem de curto alcance (SRO) e da presença de campo magnético. A estrutura da DOS é utilizada para analisar efeitos de localização dos estados eletrônicos. Nossos resultados mostram que os efeitos de SRO têm um papel essencial na localização dos estados eletrônicos. Obtivemos evidências da presença de estados eletrônicos não exponencialmente localizados para o caso bidimensional. O campo magnético aplicado induz mudanças na DOS que mostra um comportamento oscilatório de deslocalização-localização, quando o sistema está próximo do regime de localização fraca / Abstract: We have developed a new method to calculate the electronic Density of States (DOS) of disordered binary alloys. The method proposed permits to introduce effects of Short Range Order (SRO) and of an applied magnetic field. The structure of the DOS is used to analyse localization effects of the electronic states. We found that SRO effects plays an essential role in the localization of the electronic states. We obtained evidences of the presence of non-exponentially localized electronic states for the two-dimensional case. The applied magnetic field induces changes in the DOS which shows an oscillatory behaviour of delocalization-localization, when the system approaches to the weak localization regime / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Alex Antonelli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-25T14:58:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miranda_CaetanoRodrigues_M.pdf: 3647224 bytes, checksum: 92dfef83defff963793cd0948b879708 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: As propriedades termodinâmicas das ligas foram calculadas usando o método de Ligação Adiabática no formalismo da Dinâmica Molecular. Nós estudamos a aplicação do método da Ligação Adiabática na investigação do fenômeno ordem-desordem e defeitos pontuais na liga Ni3Al. Para as simulações de Dinâmica molecular usamos a dinâmica da Cadeia Massiva de Nosé-Hoover e o método de Andersen e para descrever as interações entre os átomos da liga usamos o potencial do tipo tight-binding de Cleri-Rosato. Quanto ao fenômeno ordem-desordem foram calculadas as diferenças ordem-desordem da energia livre e entropia vibracional da liga Ni3Al. Nós encontramos que a diferença ordem-desordem da entropia vibracional aumenta com a temperatura variando de 0,14 kb/átomo em 300 K até 0,21 kb/átomo em 1200 K. Estes resultados estão em concordância com os resultados experimentais. Os cálculos sugerem que o principal fator no aparecimenteo desta diferença ordem-desordem da entropia vibracional é a diferença entre os volumes da liga nas fases ordenada e desordenada. Calculamos as energias livres e entropias de fornmação das vacâncias e as energias de formação de vacâncias e anti-sítios para a liga Ni3Al na fase ordenada, esses resultados estão em boa concordância com resultados conhecidos. Em particular para a entropia vibracional de formação de vacâncias de Ni (2,7 kb) e Al (4,0 kb) na liga, nossos resultados por incluirem efeitos de anarmonicidade mostram-se mais realísticos que os resultados teóricos obtidos pelo método Quase-harmônico, além de concordarem com recentes resultados experimentais obtidos por Badura-Gergen e Schaefer, PRB 56,3032 (1997). A partir do cálculo das energia e entropia de formação fizemos um estudos da concentrações dos defeitos pontuais na liga Ni3Al em sua fase ordenada em 1000 K em função da concentração de Ni e com a temperatura para três composições diferentes da liga (Ni76Al74Ni75Al25 e Ni74Al26) / Abstract: The thermodynamics properties of alloys are calculated employing the method of Adiabatic Switching in the Molecular Dynamics (MD) formalism. We study the application of the Adiabatic Switching to investigate order-disorder phenomena and point defects in Ni3Al. The MD simulations were performed using the Massive Nosé-Hoover Chain (MNHC) and Andersen dynamics and we have employed a tight-binding potential of Cleri and Rosato to describe interactions in the Ni-Al system. The free energy and entropy differences in Ni3Al between its equilibrium ordered structure and a disordered solid solution were calculated. We find that the vibration entropy difference increases with temperature from 0.14 kB/atom at 300 K to 0.21 kB/atom at 1200 K. These results are in agreement with experimental values. Our calculations suggested that the major cause of the entropy difference in this system is the volume difference between the ordered and disordered phases. The vacancy formation free energy and vibration entropies, vacancy and antisite defect formation energies and their corresponding relaxation volumes were evaluated in Ni3Al in the ordered phase, these values being in good agreements with known values. In particular, our results of Ni (2.7 kB) and Al (4.0 kB) vacancies formation entropies that include anharmonic effects are more realistic those by Quasi-harmonic method and agree with recent experimental data estimated by Badura-Gergen e Schaefer, PRB 56,3032 (1997). The concentration of point defects at 1000K as a function of Ni content and the effect of temperature on them were studied for three compositions (Ni76Al74,Ni75Al25 and Ni74Al26) / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Alex Antonelli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:41:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meirelles_BernardoRadefeld_M.pdf: 1827063 bytes, checksum: c7056762ebe8e49320a7987daa28a57a (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O objetivo desta dissertação foi estudar o efeito da ordem local sobre o volume, a energia livre vibracional e a entropia vibracional da liga N i3Al. Esse estudo foi realizado através de cálculos de dinâmica molecular clássica utilizando o potencial empírico de Cleri-Rosato, e as equações de movimento de Martyna, Klein e Tuckerman associadas ao método de Andersen que permitem simular o ensemble isobárico. O volume foi obtido por simulações de relaxação. E a energia livre da liga Ni3Al foi obtida através do método computacional chamado reversible scaling, que inclui todos os efeitos anarmônicos. Nos cálculos foram utilizadas diversas células computacionais possuindo diferentes graus de ordem local, mas com desordem total de longo alcance. A partir da determinação da energia livre obteve-se a diferença de entropia vibracional entre a liga ordenada e as várias fases possuindo apenas ordenamento local. Os resultados obtidos sugerem que a ordem local exerce um papel fundamental sobre o volume e a entropia vibracional, mostrando que existe uma estreita ligação entre a diferença de entropia vibracional e a variação do volume. Além das simulações de dinâmica molecular clássica, realizaram-se cálculos de primeiros princípios dentro da aproximação da teoria do funcional da densidade (DFT), que permitiram obter o volume da liga em função da ordem local, assim como a entalpia e entropia de formação de vacâncias de Ni na liga Ni3Al. Para realizar esses cálculos utilizou-se o código computacional VASP (Vienna Ab-Initio Simulation Package), que permite realizar cálculos eficientes com metais de transição através da utilização de pseudopotenciais ultrasoft ou do método PAW (Projector Augmented Wave). Em nossos cálculos utilizamos a GGA (Gener-alized Gradient Approximation) para o termo de troca-correlação, e nossos resultados sugerem que o potencial emp'ýrico de Cleri-Rosato descreve com boa concordancia as propriedades estruturais do Ni3Al previstas pelos cálculos ab initio / Abstract: The aim of this work was to study how properties such as volume, vibrational free energy and vibrational entropy are affected by the presence of local order in the Ni3Al alloy. We performed molecular dynamics calculations using the empirical potential of Cleri-Rosato and for the dynamics we used Martyna, Klein and Tuckerman equations of motion associated with the Andersen method, which allowed us to simulate the isobaric ensemble. We obtained the volume by simulations of relaxation and the free energy was calculated through a method called reversible scaling, which includes all anharmonic effects. The computational cells, used in our calculations, had only local order with zero long range order. Vibrational entropy differences could be obtained from the free energy results of an ordered cell and several others exhibiting only local order. Our results suggest that local order plays a central role in the volume and in the vibrational entropy, indicating that there is an important connection between vibrational entropy differences and volume. We also carried out first principles calculations at the density funcional theory (DFT) level of the Ni3Al alloy from which were obtained the volume as a function of local order and the formation enthalpy and entropy of Ni vacancies. These calculations were done using a computational code called VASP (Vienna Ab-Initio Simulation Package), which describes with good accuracy systems containing transition metals by using ultrasoft pseudopotentials or the PAW (Projector Augmented Wave) method. In these calculations, the electron exchange correlation effects were described using the approximation called GGA (Generalized Gradient Approximation). Our results suggest that the Cleri-Rosato empirical potential describes with good accuracy the ab initio results obtained for Ni3Al / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Alex Antonelli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:09:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michelon_MateusFontana_D.pdf: 2538667 bytes, checksum: 7cf68d701030ed6e318c7312b4f25a03 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Um dos objetivos da simulação atomística na ciência dos materiais é calcular as propriedades de um material virtual e propor rotas para sua fabricação em laboratório. Uma das principais propriedades que o material deve apresentar antes de ser sintetizado é a estabilidade termodinâmica. Como a estabilidade é determinada pela energia livre, o cálculo preciso desta quantidade é de fundamental importância na construção de um laboratório virtual. Neste contexto, desenvolvemos uma metodologia alternativa para a determinação da energia livre de ligas substitucionais, que leva em conta os graus de liberdade vibracionais e configuracionais com precisão controlada. A metodologia utiliza o método de Monte Carlo para simular a dinâmica de trocas e vibrações atômicas e determina a energia livre através dos métodos de ligação adiabática e escalamento reversível. Além disso, a metodologia é capaz de avaliar a influência de mecanismos associados à entropia vibracional, através da relaxação sucessiva de vínculos na dinâmica. Especificamente, permite quantificar os mecanismos de a) proporção de ligações entre átomos distintos, b) discrepância entre volumes atômicos e c) relaxação volumétrica, e identificar a origem da diferença de entropia vibracional na transição ordem-desordem. Testamos e aplicamos a metodologia para estudar um modelo semiempírico da liga Ni3Al. Observamos um aumento da entropia vibracional na transição ordem-desordem comparável com o aumento da entropia configuracional e explicado pelo aumento de volume na transição. Outra característica de um laboratório virtual é possuir modelos que descrevam satisfatoriamente os sistemas de interesse. Investigamos um potencial do tipo tight-binding e descobrimos que não é transferível para descrever fenômenos de ordem-desordem em diversas ligas. Além de investigar o fenômeno ordem-desordem em ligas, estudamos transições de fase líquido-líquido em substâncias puras. Apresentamos uma evidência teórica de transição líquido-líquido de primeira ordem em um modelo semiempírico do gálio, fornecendo suporte a uma recente evidência experimental de transição líquido-líquido no regime super-resfriado deste elemento. Além disso, as simulações atomísticas sugerem um mecanismo microscópico para esta transição. Outras características de um laboratório virtual são a possibilidade de estudar sistemas em condições experimentais inacessíveis e a capacidade de propor novos experimentos. Neste contexto, apresentamos uma evidência teórica de transição líquido-líquido em um modelo ab initio para o dióxido de carbono. A transição ocorre entre um líquido molecular e um líquido polimérico em uma região do diagrama de fases atualmente inacessível experimentalmente. Em um futuro próximo, esperamos que seja possível testar esta previsão teórica e sintetizar fases poliméricas por meios físicos. / Abstract: One of the goals of atomistic simulation in materials science is to calculate properties of a virtual material and suggest routes for its fabrication in laboratory. One of the main properties that the material must have before being synthesized is the thermodynamical stability. As the thermodynamical stability is determined by the free energy, its accurate calculation is of fundamental importance for the construction of a virtual laboratory. In this context, we developed an alternative methodology to determine the free energy of substitutional alloys, which takes into account both the vibrational and configurational degrees of freedom with controlled accuracy. The methodology uses the Monte Carlo method to simulate both the vibrational and exchange dynamics and uses the adiabatic switching and reversible scaling methods to calculate the free energy efficiently. In addition, the methodology is able to evaluate the effect of three mechanisms in the vibrational entropy, through successive relaxations of constraints associated with the dynamics. Specifically, it allows to quantify the mechanisms of a) bond proportion, b) atomic size mismatch and c) bulk volume, and thus identify the origin of the vibrational entropy difference at the order-disorder transition. We tested and applied the methodology to study a semiempirical model of the Ni3Al alloy. We observed an increasing of the vibrational entropy at the order-disorder transition comparable to the configurational entropy increasing and explained by an increasing of the bulk volume. Another expected feature of a virtual laboratory is to offer models that describe satisfactorily the systems of interest. We investigated a tight-binding potential and found out that it is not transferable to describe the order-disorder phenomena in several alloys. In addition to the study of the order-disorder phenomena in alloys, we investigated phase transitions between two liquids of a pure substance. We present a theoretical evidence of a first-order liquid-liquid phase transition in a semiempirical model of gallium, which lend support to the recent experimental evidence of a first-order liquid-liquid transition in the supercooled regime of this element. Moreover, the atomistic simulations suggest a microscopic mechanism for this phase transition. Another expected features of a virtual laboratory are the possibility to investigate systems in unreachable experimental conditions and the capacity to suggest new experiments. In this context, we present an ab initio theoretical evidence of a liquid-liquid phase transition in carbon dioxide. We predict a transition between a molecular liquid and a polymeric liquid at a temperature and pressure which are presently unreachable experimentally. We hope that in the near future it will be possible to test this theoretical prediction and synthesize polymeric phases through physical means. / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências