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Type: TESE
Title: Determinação de energias livres através do método de ligação adiabática usando dinâmica molecular
Author: Koning, Maurice de, 1969-
Advisor: Antonelli, Alex, 1954-
Abstract: Resumo: A determinação de quantidades térmicas (energia livre, entropia) usando o método de ligação adiabática através de dinâmica molecular {DM) é investigada. A base teórica do método está enraizada nas expressões termodinâmicas macroscópicas da termodinâmica de processos reversíveis. A técnica de DM, utilizando conjuntos adequados de equações clássicas de movimento, pode ser usada para a simulação de tais processos sob diversas condições. Devido ao tempo limitado de computação, os processos gerados pela DM são sujeitos à dissipação de energia causando erros na determinação das quantidades térmicas. Desenvolvemos procedimentos para a correção simples e rápida destes erros. O desempenho do método é investigado em várias aplicações envolvendo sistemas e processos físicos com características diferentes. O método é aplicado ao cálculo da diferença de energia livre de Helmholtz entre dois cristais harmônicos {Einstein) com freqüências diferentes. Em seguida, o método é utilizado para o cobre com o objetivo de calcular a energia livre do cristal perfeito e a energia livre de formação de uma vacância em função da temperatura. Finalmente, aplicamos o método para estudar os aspectos energéticos relacionados ao papel da nucleação de deslocações em planos de deslizamento {111} do silício na transição brittle-ductile. A avaliação do desempenho do método de ligação adiabática através de dinâmica molecular mostra que este método é uma ferramenta muito flexível e poderosa na determinação, de maneira eficiente e quantitativamente confiável, de quantidades térmicas em uma grande variedade de sistemas e processos físicos

Abstract: The determination of thermal quantities (free energy, entropy) using the molecular dynamics (MD) adiabatic switching method is investigated. The theoretical basis of the method is rooted in the macroscopic thermodynamic relations of reversible processes, and the MD technique, using suitable sets of classical equations of motion, can be used for the simulation of such processes under several conditions. Due to the limited computer time, the processes generated by MD are subject to energy dissipation, causing errors in the determination of thermal quantities. We develop procedures for the simple and fast correction of these errors. The performance of the method is investigated in various applications involving several physical systems and processes with different characteristics. The method is applied to the calculation of thc Helmholtz free energy difference between harmonic (Einstein) crystals with different frequencies, after which it is utilized to calculate the bulk, and vacancy formation free energies in copper as a function of temperature. Finally, the method is applied to study energetic aspects related to the role of dislocation nucleation on {111} slip planes in the brittle-ductile transition in silicon. The evaluation of the performance of the MD adiabatic switching method shows that it is a very flexible and powerful tool for the quantitatively reliable and efficient determination of thermal quantities in a wide variety of physical systems and processes
Subject: Energia
Dinâmica molecular
Métodos de simulação
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 1997
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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