Modelagem Computacional

Páginas: 10 (2423 palavras) Publicado: 13 de maio de 2015
Modelagem Computacional da Materia Condensada (MC)²
Docentes
Prof. Dr. Alex Antonelli (Responsável) 
Prof. Dr. Edison Zacarias da Silva 
Prof. Dr. Maurice de Koning 
O Grupo de Modelagem Computacional da Matéria Condensada utiliza simulações computacionais, juntamente com métodos analíticos, para investigar sistemas nanométricos (com tamanhos que vão de dezenas a milhares átomos), transições defase em sistemas macroscópicos e defeitos em sólidos cristalinos. Estuda a formação de novas estruturas nanométricas, como clusters, nanofios, estruturas de carbono como nanotubos e grafeno.  São abordados fenômenos ainda não bem compreendidos, como as transições líquido-líquido, as transições vítreas e a influência dos defeitos dos sólidos cristalinos nas propriedades gerais desses materiais.1.    A modelagem computacional

Modelagem computacional é uma das três abordagens existentes para pesquisa em Física, juntamente com a Física Teórica e a Física Experimental. Trata-se do uso intensivo de computadores para o estudo de fenômenos físicos. A Física Computacional funciona em íntimo contato com as abordagens teórica e experimental. Podemos, através da Física Computacional, testarmodelos propostos pela Física Teórica, assim como investigar situações que estão além das possibilidades experimentais, como, por exemplo, materiais que estão em temperaturas e pressões extremas ou muito longe do equilíbrio.

A modelagem computacional pode dizer, por exemplo, quais configurações os átomos assumem quando se coloca um defeito numa estrutura ordenada. Acima, o defeito é uma ligação entredois nanotubos vizinhos. À esquerda, os nanotubos são vistos de cima, com a ligação em vermelho. À direita, detalhe do rearranjo dos átomos na vizinhança do defeito. Fonte: Silva et al., Nano Lett. 2005, 5 (6), 1045.

2.    O que se estuda e como

O Grupo usa as técnicas modelagem computacional para o estudo de sistemas nanoestruturados (constituído de partes que vão de dezenas a milhares deátomos) e também de sistemas macroscópicos. Além disso, o grupo se dedica ao desenvolvimento de novas metodologias, como, por exemplo, para o estudo de eventos raros ou o tratamento de várias escalas de tamanho. São basicamente cinco linhas de pesquisa:
sistemas nanoestruturados;
propriedades termodinâmicas de materiais
defeitos em sólidos cristalinos
transições de fase líquido-líquido e vítreas
Umametodologia diversificada é utilizada nesses estudos. A modelagem dos sistemas físicos inclui desde os sofisticados métodos ab initio (que partem de descrições quânticas detalhadas dos átomos e moléculas, incluindo seus elétrons), baseados na Teoria do Funcional de Densidade (DFT), passando por métodos híbridos como a aproximação tight-binding até a técnica dos potenciais efetivos, que podem variardesde potenciais bastante sofisticados (analíticos ou numéricos) até potencias mais simples como o de Lennard-Jones. Nessa  modelagem, os sistemas físicos são simulados através de métodos como o Monte Carlo e a Dinâmica Molecular. 

Os estudos do grupo têm por objetivo entender fenômenos ainda não bem compreendidos, como as transições vítreas e líquido-líquido e os defeitos de diversos tipos emcristais, como também o aperfeiçoamento dos métodos computacionais. Neste último caso, os objetivos são três: (1) descrever os sistemas de forma mais precisa; (2) conseguir fazer simulações em escalas de tempo cada vez maiores e (3) englobar escalas de tamanho cada vez maiores (o maior número possível de partículas). 

Dependendo do modelo utilizado, o tamanho do sistema simulado pode ir de dezenas aalguns milhares de átomos. Para potenciais simples, como o de Lennard-Jones, pode-se chegar a um bilhão de átomos ou mais. Métodos mais detalhados, como o DFT, exigem redução drástica desse tamanho. A paralelização dos códigos computacionais tem permitido fazer simulações de sistemas cada vez maiores. Entretanto, no que diz respeito à simulações em tempos muito longos, esforços metodológicos...
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