Simulación en Física de Materiais

Obxectivo xeral: enmarcar novos coñecementos e técnicas como continuación lóxica de dúas materias anteriores: termodinámica e mecánica estatística. Obter unha visión xeral da Termoloxía.

Obxectivo específico: o obxectivo desta materia é proporcionar ao estudante unha formación avanzada avanzada en Mecánica estatística, a través do estudo teórico e aplicado de modernas técnicas de simulación informática, tanto de métodos de Monte Carlo como de Dinámica Molecular.

Resultados da aprendizaxe:

O alumno demostrará:
1.- Quen coñece e usa unha linguaxe de programación.
2.- Que adquiriu unha formación complementaria avanzada en mecánica estatística, coñecendo e practicando tanto a dinámica molecular como a Monte Carlo.
3.- Quen coñece o estudo teórico e aplicado das técnicas modernas de simulación informática.

1. Introdución
1.1. Modelos e simulación
1.2. Teoría e experimento
1.3. Estocástico e determinístico

2. Fundamentos
2.1. Dinámica Newtoniana
2.2. Dinámica Hamiltoniana
2.3. Traxectorias no espazo de fases
2.4. Determinación de propiedades
2.5. Distribucións fundamentais
2.6. Elementos de teoría da mostraxe
2.7. Condicións periódicas de contorno
2.8. Principios de conservación

3. Esferas duras
3.1. Cinemática das colisións
3.2. Táboa de tempos de colisión
3.3. Velocidades e posicións iniciais
3.4. Verificando a equilibración
3.5. Diagrama de fases

4. Métodos de diferenzas finitas
4.1. Un prototipo: método de Euler
4.2. Estabilidade do algoritmo
4.3. Algoritmos para dinámica molecular

5. Esferas brandas
5.1. Modelos de potenciais intermoleculares
5.2. Inicialización
5.3. Equilibración
5.4. Produción de resultados

6. Propiedades estáticas
6.1. Propiedades termodinámicas simples
6.2. Funcións resposta
6.3. Estrutura estática

7. Propiedades dinámicas
7.1. Funcións de correlación temporais
7.2. Coeficientes de transporte
7.3. Estrutura dinámica

8. Monte Carlo
8.1. Diferenzas con dinámica molecular
8.2. Algoritmo Metrópolis
8.3. Simulación de Monte Carlo
8.4. Cálculo de propiedades

9 Outras simulacións
9.1. Dinámica Molecular en NVT e NPT
9.2. Monte Carlo en NVE
9.3. Simulacións de non equilibrio
9.4. Simulacións ab initio

Libros de teoría

- Molecular Dynamics Simulation, J. M. Haile, Joh Wiley&Sons inc
- Monte Carlo Methods, M.H. Kalos e P.A. Whitlock, Vol 1, Wiley- Interscience.
- Computer Simulation of liquids, M.P. Allen e D.J. Tildesley, Oxford University Press.
- Molecular Dynamics, W.G. Hoover, Springer-Verlag.
- Numerical Statistical Mechanics, M.P. Allen e W.G. Hoover, North Holland.

Complementaria

Molecular Dynamics Simulation Using Hard Particles, M. P. Allen, Comp. Phys. Repts, 9, 301 (1989)
Computer Studies of Phase transitions and Critical Phenomena, O. G. Mouritsen, Springer verlag.
Nonequilibrium Molecular Dynamics, W.G. Hoover, Academic Press.

Fontes en liña:

1.- O alumno ofrécelle o contido da materia en notas na aula virtual, elaboradas polo profesor.
2.- www.sissa.it/furio/md, páxina de Furio Ercolessi, moi boa en DM. Excelentes notas DM con exemplos en fortran 90. En SISSA e ICTP, triestre, naceu o DM ab initio Car-Parrinello. A páxina contén os diferentes grupos que hai: estrutura electrónica, superficies, así como artigos e teses doutorais.
2.- Grupo inglés de simulación por computadora de fase condensada: www.dl.ac.uk/CCP/CCCP5/main.html. Notas sobre MC e DM, software, novas e ligazóns.
3.- antas.agraria.uniss.it/software: lista de software dispoñible, tanto gratuíto como comercial.
4.- www.ncsa.uiuc.edu/Apps/CMP/ceperley; David Ceperley é un dos expertos mundiais en MC e a súa aplicación á materia condensada. Aquí atoparás notas. exemplos de software e ligazóns interesantes.

BÁSICO E XERAL
1 - Que os estudantes saiban aplicar os seus coñecementos ao seu traballo ou vocación de xeito profesional e posúan as competencias que normalmente se demostran mediante a elaboración e defensa de argumentos e a resolución de problemas dentro da súa área de estudo.
2- Que os estudantes teñan a capacidade de recoller e interpretar datos relevantes (normalmente dentro da súa área de estudo) para formular xuízos que inclúan reflexión sobre cuestións relevantes de carácter social, científico ou ético.
3- Posuír e comprender os conceptos, métodos e resultados máis importantes das distintas ramas da Física, cunha perspectiva histórica do seu desenvolvemento.
4 - Ser capaz de reunir e interpretar datos, información e resultados relevantes, obter conclusións e emitir informes razoados sobre problemas científicos, tecnolóxicos ou outros que requiran o uso de coñecementos de física.
5 - Aplicar os coñecementos teóricos adquiridos e a capacidade de análise e abstracción na definición e enfoque de problemas e na busca de solucións tanto en contextos académicos como profesionais.

TRANSVERSAL
1 - Adquirir habilidades de análise e síntese.
2 - Ter capacidade de organización e planificación.
3 - Desenvolver razoamentos críticos.

ESPECÍFICO
1 - Comprender as teorías físicas máis importantes, localizando a súa estrutura lóxica e matemática, o seu apoio experimental e o fenómeno físico que se pode describir a través delas.
2 - Ser capaz de xestionar claramente as ordes de magnitude e facer estimacións adecuadas para desenvolver unha clara percepción de situacións que, aínda que sexan diferentes físicamente, mostren certa analoxía, permitindo o uso de solucións coñecidas a novos problemas.
3- Ser capaz de comprender o esencial dun proceso e establecer un modelo de traballo do mesmo, así como facer as aproximacións necesarias para reducir o problema a un nivel manexable. Demostrar pensamento crítico para construír modelos físicos.
4- Comprender e dominar o uso dos métodos numéricos e matemáticos máis empregados en Física.
5 - Ser capaz de usar ferramentas informáticas e desenvolver programas de software.

a) O curso completo realizarase a través da Aula Virtual (plataforma Moodle). Haberá dende o principio a axenda e o seu desenvolvemento en leccións, desenvolvidas polo profesor da materia.

b) Clase de encerado en gran grupo: Os conceptos teóricos de cada tema serán impartidos co apoio de medios audiovisuais, empregando o encerado como instrumento de aclaración e complementariedade.

c) Clases de encerado de pequenos grupos: clase fundamentalmente práctica na que se resolverán os problemas e as dúbidas dos estudantes no desenvolvemento das tarefas propostas para a avaliación continua.

d) Titoría de encerado de pequenos grupos: Aquí realizarase a aclaración de dúbidas sobre aspectos teóricos e prácticos que poida ter o alumno, así como a supervisión, presentación, exposición, debate ou comentarios sobre traballos propostos ou calquera outra actividade proposta, realizadas tanto individualmente como en grupo. Esta actividade do alumno incluirase na súa avaliación continua.

e) Titoría individualizada. Prestarase atención individualizada ao alumno que o precise. As titorías poden ser telemáticas ou presenciais, en ambos os casos requiren cita.

A avaliación basearase no seguimento personalizado de cada alumno por parte do profesor durante as prácticas, completando esta avaliación coa nota obtida polo alumno nos informes presentados, logo de discusión oral co profesor sobre o traballo realizado. Nesta entrevista o alumno poderá ser preguntado sobre calquera tema teórico dos contidos do programa. Os informes de prácticas preséntanse sempre electrónicamente.

Unha memoria obrigatoria non presentada implica a cualificación de suspenso. Se non se presenta ningunha memoria, producirase unha cualificación de Non presentado.

A avaliación continua representa o 50% da nota final e corresponde ao seguimento e entrega dos informes das prácticas propostas. Os informes enviados e clasificados consérvanse para avaliacións de segunda oportunidade. O outro 50% da nota obtense da discusión oral co profesor sobre o traballo realizado e as respostas ás preguntas que o profesor fai, esta discusión debe considerarse como un exame final.

A presentación de traballos opcionais plantexarase durante o curso. Os traballos opcionais presentados teranse en conta despois de que os estudantes se cualificaran. Un alumno fallido non pasará con tarefas opcionais, só se empregarán para mellorar a aprobación das notas. Especifica máis: a realización do traballo obrigatorio pode levar a un alumno a unha nota entre 5-6 (de cada 10) dependendo da calidade do seu traballo. Só o remate de traballos complementarios pode aumentar a súa nota ata o nivel notable (7-8) e o nivel excepcional pódese alcanzar no exame final oral co profesor.

Para os casos de realización fraudulenta de exercicios ou probas será de aplicación ao recollido na "Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións”:
Artigo 16. Realización fraudulenta de exercicios ou probas.
A realización fraudulenta dalgún exercicio ou proba esixida na avaliación dunha materia implicará a cualificación de suspenso na convocatoria correspondente, con independencia do proceso disciplinario que se poida seguir contra o alumno infractor. Considerarse fraudulenta, entre outras, a realización de traballos plaxiados ou obtidos de fontes accesibles ao público sen reelaboración ou reinterpretación e sen citas aos autores e das fontes.

Clase de pizarra en grupo grande 24 horas. Clases con ordenador / laboratorio en grupo pequeno 18 h.
Titorías en grupos moi pequenos ou individualizados 3 h.
Estudo individual ou estudo en grupo 25 h.
Realización de exercicios, conclusións ou outros traballos 10 h.
Programación informática 25 h. Lecturas recomendadas, actividades de biblioteca 7.5 h.

Realizar un estudo diario dos temas teóricos e ser escrupulosamente ordenado na realización dos traballos prácticos

As titorías poderán ser presenciais ou telemáticas, requirirán de cita previa.