Orientador: Maurice de Koning

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: Devido aos avanços conceptuais e técnicos feitos em física computacional e ciência dos materiais computacional nos estamos aptos a resolver problemas que eram inacessíveis a alguns anos atrás. Nessa dissertação estudamos a evolução de alguma destas técnicas, apresentando a teoria e técnicas...

Resumo: Devido aos avanços conceptuais e técnicos feitos em física computacional e ciência dos materiais computacional nos estamos aptos a resolver problemas que eram inacessíveis a alguns anos atrás. Nessa dissertação estudamos a evolução de alguma destas técnicas, apresentando a teoria e técnicas de simulação computacional para estudar transições de fase de primeira ordem com ênfase nas técnicas mais avançadas de calculo de energia livre (Reversible Scaling) e métodos de simulação de eventos raros (Forward Flux Sampling) usando a técnica de simulação atomística da Dinâmica Molecular. A evolução e melhora da e ciência destas técnicas e apresentada junto com aplicações a sistemas simples que permitem solução exata e também ao caso mais complexo da transição de fase Martenstica. Também apresentamos a aplicação de métodos numéricos no estudo do modelo de Pauling para o gelo. Nos desenvolvemos e implementamos um novo algoritmo para a criação e ciente de estruturas de gelo desordenadas. Este algoritmo de geração de cristais de gelo nos permitiu criar células de gelo Ih de tamanhos que não eram possíveis antes. Usando este algoritmo abordamos o problema de efeitos de tamanho finito não estudados anteriormente

Abstract: Due to the conceptual and technical advances being made in computational physics and computational materials science we have been able to tackle problems that were inaccessible a few years ago. In this dissertation we study the evolution of some of these techniques, presenting the theory...

Abstract: Due to the conceptual and technical advances being made in computational physics and computational materials science we have been able to tackle problems that were inaccessible a few years ago. In this dissertation we study the evolution of some of these techniques, presenting the theory and simulation methods to study _rst order phase transitions with emphasis on state-of-the-art free-energy calculation (Reversible Scaling) and rare event (Forward Flux Sampling) methods using the atomistic simulation technique of Molecular Dynamics. The evolution and efficiency improvement of these techniques is presented together with applications to simple systems that allow exact solution as well as the more the complex case of Martensitic phase transitions. We also present the application of numerical methods to study Pauling\'s model of ice. We have developed and implemented a new algorithm for efficient generation of disordered ice structures. This ice generator algorithm allows us to create ice Ih cells of sizes not reported before. Using this algorithm we address finite size effects not studied before