OLIVEIRA, Paulo William Simão de. Estudo das propriedades estruturais e dinâmicas de um sistema binário quasi-unidimensional. 2007. 105 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-22T19:35:48Z
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Previous issue date: 2007 / The aim of this work is to study the structural and dynamical properties of a classical binary system of charged particles confined in a two dimensional channel. Such a system is described in the literature as quasi-unidimensional, and its relevance is supported by the possibility of technological applications, shown recently in the scientific literature, and also the interest and understanding of properties in condensed matter physics. Although the theoretical and numerical character of the present work, several experimental systems can be described by the present model. The summary of the contents of this work is presented in each chapter. In chapter 1, a general overview is given. The concept of Wigner crystallization is introduced, and examples of experimental systems, which exhibit such an ordered phase under proper conditions are given. We discuss the physics of complex plasmas, colloidal suspensions and applications in biological systems. A description of the simulation method is given in chapter 2. Scale transformations are introduced in order to construct a general model, i.e. no longer depending on particular features of the system, but only on relevant parameters of a general model. The Molecular Dynamics simulation technique (MD) is presented, focusing on the Langevin Dynamics. The competition between the inter-particle interaction, in the form of the electrostatic repulsion, and the external confinement, which is assumed to be parabolic and act only in one direction, generates a chain-like strutural pattern. A description of the model, the harmonic approach used in the analytical calculations of the normal modes spectrum, and the analytical calculation of the energy per particle of the different chain-configutations are given in chapter 3. The ground state configurations, the structural phase transitions and normal modes of the present chain-like binary system are presented in Chapter 4. In the low density regime particles crystallize in a single chain. When the density is increased a zig-zag transition occurs and the single chain splits into two chains. Such a transition is characterized by a spontaneous symmetry breaking. With the increase of the density the system changes to the four-chains configuration (case 1) (particles not aligned vertically), where the two -> four chains (case 1) transition occurs through a zig-zag transition accompanied by a shift along the chain direction. A further increase of the density will lead the system to a new ground state configuration with four chains (case 2) (particles aligned vertically). The dynamical properties are related to the phonon spectrum, in which the number of normal modes is two times the number particle in the unit cell. The conclusions and perspectives are presented in chapter 5. / O objetivo deste trabalho é estudar as propriedades estruturais e dinâmicas de um sistema binário clássico consistindo de partículas carregadas que estão confinadas em um canal bidimensional. Tal sistema é descrito na literatura como quasi-unidimensional, e esta relevância apoia-se na possibilidade de aplicações tecnológicas, como tem sido mostrado recentemente na literatura científica, bem como no interesse e entendimento em propriedades da Física da matéria condensada. Apesar do caráter teórico do presente estudo, diversos sistemas experimentais podem ser descritos pelo modelo aqui considerado. O resumo do conteúdo deste trabalho é apresentado em cada capítulo. No capítulo 1, é dada uma visão geral do presente trabalho. O conceito da cristalização de Wigner é introduzido e são dados exemplos de sistemas experimentais, que exibem uma fase ordenada sob circunstâncias apropriadas. Discute-se a Física dos plasmas complexos, das suspensões coloidais e aplicações em sistemas biológicos. Uma descrição do método de simulação é dada no capítulo 2. As transformações de escalas são introduzidas a fim de construir um modelo geral, isto é, não dependente das características particulares do sistema, mas somente das quantidades relevantes gerais. Apresenta-se a técnica de simulação por Dinâmica Molecular (DM), focalizando também a Dinâmica de Langevin. A competição entre a interação entre partícula, na forma de repulsão eletrostática, e o confinamento externo, que é suposto parabólico e age somente em uma direção, gera uma estrutura de cadeias no sistema. Uma descrição do modelo, bem como a aproximação harmônica utilizada para o cálculo dos modos normais e o cálculo da energia por partícula das várias estruturas de cadeias são dadas no capítulo 3. A configuração do estado fundamental, as transições estruturais de fase e modos normais para o sistema binário de cadeias são examinadas no capítulo 4. Para baixas densidades as partículas cristalizam-se em uma única cadeia; com o aumento da densidade uma transição zig − zag ocorre e a única cadeia se parte em duas. Observa-se que esta transição estrutural é caracterizada por uma quebra espontânea de simetria. Com o aumento da densidade, o sistema passa para quatro cadeias (caso 1) (partículas não alinhadas na vertical), onde a transição de duas para quatro cadeias (caso 1) ocorre com uma transição zig − zag, em cada uma das cadeias, acompanhadas por um deslocamento ao longo da direção da cadeia. Então com um aumento da densidade conduzirá a uma nova estrutura de quatro cadeias (caso 2) (partículas alinhadas na vertical). As propriedades dinâmicas aqui consideradas resumem-se ao espectro de fônons, no qual o número de modos normais é igual ao dobro do número de partículas na célula unitária. As conclusões e perspectivas são apresentadas no capítulo 5.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/12381 |
| Date | January 2007 |
| Creators | Oliveira, Paulo William Simão de |
| Contributors | Farias, Gil de Aquino, Wandemberg Paiva Ferreira, Wandemberg Paiva |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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