Orientador: Maurice de Koning / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T18:05:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barrozo_AlexandreHernandes_M.pdf: 4359405 bytes, checksum: c11339c45a35270724d3ee11084432af (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Fizemos estudos de uma nova técnica proposta para amostrar o ensemble canônico [H. Dammak et al., Phys. Rev. Lett. 103,190601 (2009)], capaz de amostrar flutuações quânticas através de Dinâmica Molecular(DM) clássica. Esta técnica é baseada nos termostatos estocásticos clássicos, que se baseiam nas equações de Langevin, com a diferença de usar um ruído com correlação temporal, ao invés de ruído branco. Aplicamos esta técnica para o cálculo de grandezas termodinâmicas de sistemas cuja solução analítica (ou numérica) é conhecida. Mais especificamente, focamos o estudo no cálculo de energias livres através de integração termodinâmica fora do equilíbrio. Neste trabalho também desenvolvemos um método que nos permite alterar a temperatura do termostato ao longo da simulação. Este método é baseado no reescalonamento do ruído aleatório que constitui este termostato quântico. Mostramos aqui que, apesar de termos excelentes resultados para o caso do oscilador harmônico, esta técnica apresenta falhas no que se diz respeito a potenciais anarmônicos, amostrando distribuições fundamentalmente incorretas / Abstract: We study a new method devised to sample the canonical ensemble [H. Dammak et al., Phys. Rev. Lett. 103,190601 (2009)], which includes quantum uctuations by means of classical Molecular Dynamics. This method is based on classical stochastic thermostats, except that it uses colored noise, instead of a white one. We apply this method to compute thermodynamical properties of systems whose analytical (or numerical) solution for the Schr odinger equation is known. Specifically, we focus on free-energy calculations using non-equilibrium thermodynamics integration. In this work, we also develop a technique that allows one to change the thermostat's temperature during the simulation. This technique is based on rescaling the random noise sequence that constitutes the thermostat. We show that, although we have excelent results for the harmonic oscillator case, problems arise while studying anharmonic potentials, in which the method sample distributions that are fundamentally incorrect / Mestrado / Física Estatistica e Termodinamica / Mestre em Física

Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE / In this work, we studied the h-RMnO3 (R = Er, Tm, Yb, Lu, In and Sc) manganites which are materials with important multiferroic properties. The classical atomistic simulation was used in order to obtain a set of interatomic potentials that describe the structural properties of manganite family in ferroelectric phase (FE). The structural properties such as the lattice parameters, the unit cell volume and the interatomic distances were investigated and compared with results of the literature. The influence of chemical pressure on the structural properties of these compounds was analyzed. It was observed that the lattice parameters (a and c) and the volume of the unit cell increase as the ionic radius of the R3+ ion increases. All h-RMnO3 manganites were studied under hydrostatic pressure up to 40 GPa. It was observed that the lattice parameters (a and c) and the unit cell volume decrease with an increase in the hydrostatic pressure. The paraelectric phase (PE) was studied using the interatomic potential developed in the ferroelectric phase. Thus, the structural properties in this phase were obtained and compared with the literature. Effects of doping of trivalent ions on the h-LuMnO3 manganite were studied in three crystallographic sites (Mn, Lu1 and Lu2). Solution energy was calculated for all dopants (Al, Cr, Ga, Fe, Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La) and the results showed that the Mn site has the lowest solution energy, therefore, the Mn site is energetically more favorable. The metals (Al, Cr, Ga, Fe) dopants proved to be more favorable to incorporate at the Mn site than rare earths ones (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd and La), but at the Lu site the rare earths are energetically more favorable to incorporate. The calculated interatomic distances at the Mn site decreases when doping with metal (Al, Cr, Ga and Fe). However, these distances increase when doping is done with rare earth (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd and La). In addition, important ferroelectric distortion properties were evaluated due the change in the tilting angle of the MnO5 bipyramid. The tilting angle increases in the pure system if the doping is done with metals (Al, Cr, Ga, Fe) for all sites. On the other hand, the tilting angle decreases with rare earth ions incorporation at the Mn and Lu1 sites and increases in the rare earths doping at the Lu2 site. / Estuda-se neste trabalho as manganitas h-RMnO3 (R = Er, Tm, Yb, Lu, In e Sc), que são materiais que apresentam importantes propriedades multiferroicas. A simulação atomística clássica foi usada com o objetivo de obter um conjunto de potenciais interatômicos que descrevam as propriedades estruturais da família de manganitas na fase ferroelétrica (FE). As propriedades estruturais como os parâmetros de rede, o volume da célula unitária e as distâncias interatômicas foram investigadas e comparadas com a literatura. Em vista disso, a influência da pressão química nessas propriedades estruturais foi analisada. Observou-se que os parâmetros de rede (a e c) e o volume da célula unitária aumentam à medida que o raio iônico do íon R3+ aumenta. Todas as manganitas h-RMnO3 foram submetidas a uma pressão hidrostática de até 40 GPa. Verificou-se que houve uma redução nos parâmetros de rede (a e c) e no volume da célula unitária à medida que a pressão hidrostática aumenta. A fase paraelétrica (PE) foi estudada utilizando os potenciais interatômicos desenvolvidos na fase ferroelétrica. Com isso, as propriedades estruturais nessa fase foram obtidas e comparadas com a literatura. O efeito da dopagem com íons trivalentes foi estudado em três sítios cristalográficos (Mn, Lu1 e Lu2) da manganitas h-LuMnO3. A energia de solução foi calculada para todos os dopantes (Al, Cr, Ga, Fe, Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La) e os resultados mostraram que o sítio do Mn possui a menor energia de solução, portanto, esse é o sítio energeticamente mais favorável. Diante disso, os metais (Al, Cr, Ga, Fe) se mostraram energeticamente mais favoráveis que os terras raras (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La) no sítio do Mn, porém nos sítios do Lu1 e Lu2 os terras raras são mais favoráveis de serem incorporados. As distâncias interatômicas calculadas no sítio do Mn diminuem após a dopagem com os metais (Al, Cr, Ga e Fe), enquanto que essas distâncias aumentam quando a dopagem é realizada com os terras raras (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La). Além disso, os efeito da dopagem na distorção ferroelétrica foram avaliadas com a mudança no ângulo de tilting da bipirâmide MnO5. Um aumento do ângulo de tilting em relação ao sistema puro é obtido quando a dopagem é realizada com metais (Al, Cr, Ga, Fe) para todos os sítios estudados. Por outro lado, o ângulo de tilting decresce quando ocorre a incorporação de íons terras raras nos sítios do Mn e Lu1, mas aumenta quando a dopagem dos terras raras é realizada no sítio do Lu2. / São Cristóvão, SE

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

Orientador: Charlles Rubber de Almeida Abreu / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T21:35:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_TiagoDias_M.pdf: 4166409 bytes, checksum: 78baf81dcc9cf9d746302c21e813f9e2 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O estudo a nível microscópico do Equilíbrio Sólido-Líquido (ESL) só se desenvolveu a partir do século XX e ainda existem aspectos de tal fenômeno que não são bem compreendidos, mesmo para os sistemas mais simples. Por esse motivo, é necessário que métodos eficientes para simular diretamente o ESL sejam formulados. O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver e implementar Métodos Monte Carlo Multicanônicos para simular o ESL de sistemas de Lennard-Jones e, então, avaliar a aplicabilidade de tais métodos com base na sua eficiência. Primeiramente, buscou-se melhorar os resultados do método desenvolvido por Muguruma e Okamoto (2008), que visava amostrar a energia do sistema uniformemente e o volume com probabilidade de Boltzmann, enquanto mantinha-se fixo o número de partículas da caixa de simulação cúbica. Em seguida, uma nova abordagem foi proposta, cuja principal característica é não restringir o formato da caixa, embora a amostragem fosse realizada da mesma forma. Em ambos os métodos, a densidade de estados do sistema foi estimada usando a técnica da matriz de transições e uma abordagem de paralelização das simulações foi empregada a fim de se obter uma amostragem mais efetiva. Os resultados obtidos com o primeiro método mostraram que uma simulação como essa depende significativamente do número de partículas. Além disso, a amostragem dos estados de energia ficou presa na fase sólida. Já os resultados obtidos com a nova metodologia foram ligeiramente melhores que os obtidos com o método anterior. A amostragem para o sistema com o menor número de partículas foi equivalente para as duas fases em questão. No entanto, as simulações com sistemas maiores apresentaram o mesmo problema apontado no método anterior. A princípio, sugeriu-se a existência de uma transição polimórfica. No entanto, simulações na fase sólida com a nova metodologia apontam o contrário. Apesar dos resultados insatisfatórios, este trabalho se constitui em um passo importante no estudo de um tema complexo, que é a previsão de Equilíbrio Sólido-Líquido utilizando métodos de simulação direta / Abstract: The study at the microscopic level of Solid-Liquid Equilibrium (SLE) was only developed in the 20th century and still exist some aspects of this phenomenon that are not well understood, even for the simplest systems. Therefore, it is necessary the development of efficient methods to directly simulate the SLE. The main objective of this work was to develop and implement Multicanonical Monte Carlo methods to simulate the SLE of the Lennard-Jones system and then evaluate their applicability based on efficiency. First, we sought to improve the performance of a method used by Muguruma and Okamoto (2008), which aimed to sample the system energy uniformly and the volume with the Boltzmann probability, while keeping fixed the number of particles in a cubic simulation box. Then a new approach was proposed, whose main feature was let the shape of the box free, although the sampling was performed in the same way. In both methods, the density of states of the system was estimated using the transition matrix technique and an approach for parallelization of the simulations was employed to obtain a more effective sampling. The results obtained with the first method showed that such a simulation depends on the number of particles present in the system. Moreover, the sampling of energy states got stuck in the solid phase. The results obtained with the new method were slightly better than those obtained with the previous method. The sampling for the system with the lowest number of particles was equivalent for the two phases concerned. However, simulations with larger systems presented the same problem of the previous method. At first, it was suggested the existence of a polymorphic transition. However, simulations in the solid phase with the new methodology show the opposite. Despite the unsatisfactory results, this work constitutes na important step in studying a complex subject, which is the prediction of Solid-Liquid Equilibrium using direct simulation methods / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química