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Da ordem à desordem : uma visao da ciência dos materiais computacional

Texto completo
Autor(es):
Caetano Rodrigues Miranda
Número total de Autores: 1
Tipo de documento: Tese de Doutorado
Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
Data de defesa:
Membros da banca:
Antonio Jose Roque da Silva; Eduardo Miranda; Edison Zacarias da Silva; Adalberto Fazzio
Orientador: Alex Antonelli
Resumo

Os conceitos de ordem e desordem em materiais foram explorados sob a ótica de simulações computacionais. O objetivo foi mostrar que, a partir de simulações computacionais, é possível modelar, caracterizar e prever as propriedades e processos relacionados à ordem & desordem em materiais nas suas várias dimensões. A modelagem computacional se deu através de duas metodologias: cálculos de primeiros princípios e potenciais empíricos utilizando o método de Monte Carlo. Tendo como paradigma de ordem perfeita os semicondutores na estrutura do diamante, abordamos tanto os elementos de ordem na desordem, quanto os de desordem na ordem, além de introduzirmos o conceito de supra-ordem. Em relação aos elementos de ordem na desordem, abordamos quantitativamente o problema da transição vítrea no Si e das propriedades do Si amorfo. A respeito da supra-ordem, as propriedades termodinâmicas, estruturais e energéticas dos Clatratos tipos I e II do Si, Ge e C foram determinadas. Pela primeira vez determinou-se os pontos de fusão desses sistemas para o Si: Si34 (1522 K) e Si46 (1482 K). Os estudos da energia livre a partir do método Reversible Scaling permitiram uma determinação acurada do diagrama de fases do Si e demonstrando a importância dos efeitos anarmônicos. Sobre os elementos de desordem na ordem, estudamos defeitos pontuais, lineares e planares. Em relação aos pontuais, estudamos as vacâncias em semicondutores nas estruturas do diamante, clatratos e amorfos. Em particular para os amorfos, investigamos os efeitos da relaxação estrutural sobre as propriedades eletrônicas através de cálculos ab initio. Um comportamento bastante rico foi observado, desde aniquilação da vacância à criação de defeitos "estáveis". Para os sítios estudados, os estados profundos do gap desaparecem com a relaxação atômica. A respeito dos defeitos lineares, abordamos o problema das diferenças de energias livres entre duas estruturas candidatas a caroço na discordância parcial de 900: Single Period (SP) e Double Period (DP). Os resultados indicam que a diferença média da energia livre entre as reconstruções, aumenta com o aumento da temperatura, tanto para o Si quanto Ge. Tomando a estrutura DP ainda mais dominante em relação a SP em altas temperaturas. Finalmente, estudamos os defeitos planares em Carbono na estrutura do diamante simulando o processo de cisalhamento. Sugerimos um novo modelo para os defeitos conhecidos como plaquetas e demonstramos que esse modelo satisfaz às propriedades experimentais conhecidas (AU)