Estudo das propriedades energéticas e estruturais dos sistemas ZrCu, ZrAl, CuAl e ZrCuAl por meio de simulação computacional

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Souza, Douglas Godoy de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Basin-hopping Monte Carlo; Clusters; Embedded atom method; Nanoalloys; Nanoclusters; Nanoligas; Potencial do átomo imerso; Revised basin-hopping Monte Carlo
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-03082016-165618/

Clusters e nanoclusters têm recebido grande atenção devido à suas propriedades físicas e químicas, as quais divergem bastante dos materiais na fase bulk. Essas propriedades podem variar de acordo com a composição e tamanho do cluster. Uma compreensão da evolução das propriedades em relação a estes parâmetros é de grande importância para potencializar diversas aplicações, entretanto, esse entendimento permanece insatisfatório. Este trabalho foi dividido em duas etapas, em que a primeira busca investigar parâmetros energéticos, por meio do cálculo da energia de excesso, e estruturais, analisando parâmetro de ordem química, função de distribuição radial central, comprimento médio de ligação e número de coordenação efetiva, dos sistemas ZrnCum-n, ZrnAlm-n, CunAlm-n e ZrnCunAlm-2n para n = 55 e 561 átomos com o incremento n tomado de 1 em 1 para o sistema de 55 átomos e de 20 em 20 para os sistemas de 561 átomos. A segunda etapa consiste de investigar como variam as propriedades energéticas e estruturais do sistema ZrCu em função da evolução do tamanho do sistema. Para alcançar os objetivos propostos, neste trabalho foi usado o algoritmo de otimização global de clusters e nanopartículas basin-hopping Monte Carlo revisado. O potencial de interação atômica utilizado é o método do átomo imerso, que é bastante utilizado na descrição de sistemas metálicos. Os resultados obtidos sugerem que: (i) os sistemas puros apresentaram energia de coesão mais alta que seu análogo material na fase bulk, sugerindo que estes tendem a aglomerar-se formando estruturas bulk. Para os sistemas binários e ternários, foi identificado que todas as composições são energeticamente estáveis devido aos valores negativos obtidos pelo excesso de energia e, para o sistema ZrCu verificou-se a presença de efeitos de tamanho. (ii) Com relação à estrutura, as composições puras estudadas apresentaram simetria icosaédrica. Para o estudo da evolução do tamanho do sistema, Zr e Cu apresentaram estrutura com simetria icosaédrica até a composição de 561 átomos, além deste tamanho a simetria icosaédrica é quebrada. Para os sistemas binários e ternários foi obtido que os átomos tendem a distribuir-se dentro do nanocluster além de apresentarem quebra da simetria icosaédrica apresentando ausência de camadas atômicas ordenadas acompanhada de redução da coordenação efetiva. Os sistemas ZrCu e ZrAl demonstraram seguir a lei de Vegard, enquanto que os sistemas CuAl e ZrCuAl apresentaram desvio da lei de Vegard providos por efeitos eletrônicos, além de apresentarem a presença de efeitos de tamanho.