Dm A P Constante

DINÁMICA MOLECULAR A PRESIÓN CONSTANTE
Introducción a la Simulación Computacional. Métodos clásicos.
TRABAJO PRÁCTICO Nº 2




CENCHA LUISA

2do CUATRIMESTRE 2012

































FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA – UNL
Ing. En Materiales
Lic. en Materiales
Dinámica molecular a presión constante



Resumen: se estudió la transiciónde fase estructural inducida en una estructura rocksalt de cloruro de potasio en un ensamble NσT controlada mediante el termostato y el baróstato de Hoover. Para correr la simulación se utilizó el software DL_POLY y para visualizar resultados los softwares xmgrace y VMD.




INTRODUCCIÓN

El cloruro de potasio a temperatura y presión constante adopta una estructura cúbica de rocksalt, enla que cada ion está rodeado por seis iones de carga opuesta en un arreglo octaédrico.


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Figura 1. Estructura de tipo rock salt del KCl. Consiste en dos redes fcc de K y Cl interpenetradas entre sí.




A alta presión, el KCl transforma a una estructura más empaquetada como es la estructura de cloruro de cesio, la cual consiste en una celda unitaria cúbica centrada en el cuerpo,donde cada ion está rodeado por 8 iones de carga opuesta, los cuales forman los vértices de un cubo.




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Figura 2. Estructura de tipo cloruro de cesio, consiste en una celda unitaria cúbica centrada en el cuerpo.




Comenzando con la estructura de rocksalt y aplicando una presión externa fija es posible inducir una transición de fase en la simulación. De la mismamanera es posible ver la transición inversa de vuelta a la estructura de rocksalt.
Esta simulación se realizó en el software de dinámica molecular DL_POLY. En su uso normal, el DL_POLY requiere de tres archivos de entrada obligatorios: CONFIG, FIELD y CONTROL. El archivo CONFIG brinda información del sistema, contiene las dimensiones de la celda unidad de simulación, las condiciones de contornoperiódicas, los nombres de los átomos, las posiciones x,y,z, la velocidad y/o la fuerza de las N partículas.




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Figura 3. Esquema del archivo de entrada CONFIG que utiliza DL_POLY.



El archivo FIELD contiene información del campo de fuerza, el cual define la naturaleza de las fuerzas moleculares. Brinda detalles de los átomos; tipo, carga, masa, interacciones, potencial, etc.[pic]


Figura 4. Archivo de entrada FIELD que utiliza DL_POLY.




Y por último, el archivo CONTROL permite ingresar múltiples parámetros que definen los detalles del cálculo. Los parámetros que utilizamos en esta simulación son la temperatura inicial (K) y presión inicial (katm), el número de pasos de la simulación, el número de pasos para la equilibración, el delta de tiempo(ps), la cantidad de pasos cada los que se desea imprimir información, la cantidad de pasos cada los que toma información para realizar la estadística, los parámetros para calcular la función de distribución radial, el radio de corte para todo tipo de fuerzas, el radio de corte para las fuerzas de Van der Waals, parámetros de la función de distribución radial, parámetro de optimización para la sumade Ewald (metodología para resolver interacciones culombianas) y tiempos de relajación del termostato y barostato de Hoover (τT y τP). A continuación se muestra el CONTROL utilizado:


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Figura 5. Archivo de entrada CONTROL que utiliza DL_POLY.

TERMOSTATO DE NOSÉ – HOOVER

Para lograr que el Hamiltoniano de un sistema se conserve cuando se tiene una temperatura constante, esnecesario agregar un término adicional que actúe como un termostato. Introduciendo este grado de libertad adicional se obtiene un Hamiltoniano extendido, el cual se conserva en el tiempo cuando el sistema se mantiene a una temperatura constante. Este nuevo Hamiltoniano contiene 3N coordenadas espaciales más una coordenada adicional s y su momento conjugado ps; la partícula s actúa como un baño...