Utilização de algoritmo genético para a determinação da estabilidade de aglomerados atômicos e as aplicações destes com grafeno
| Ano de defesa: | 2017 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil Física UFSM Programa de Pós-Graduação em Física Centro de Ciências Naturais e Exatas |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/13736 |
Resumo: | In this thesis we propose a improvement of the Genetic Algorithm (GA) method that is used to search the stability of geometry of atomic clusters. The proposed improvements consist by introducing two new operators: the topological index and the discretization of the configurational space via multi-grid technique. This study using a semi-empirical Tight-Binding potential for the 19-atom Ti cluster showed that the multi-grid technique applied in the initial steps of the AG search selects regions on the potential energy surface accessible to the problem, however, there is no guarantee that the selected regions will be those associated with the global minimum. The use of the topological index results in a higher success rate in relation to the non use of this index, that is, a greater number of independent trajectories in the configurational space presents energies closer to the best solution found. This implementation of AG with topological index was applied to the study of Ti, Pd, Pt and Au clusters with up to 6 (six) atoms. Our structural results for these six-atom clusters demonstrate good agreement with the literature. Then We study the interaction of these 6 and 13 Ti, Pd, Pt and Au clusters with a pristine graphene sheet and containing a Stone-Wales (SW) defect. We show that the presence of the defect increases the binding energy of the six-metal clusters with the graphene sheet even when these clusters are deposited outside from the defect region. We also show that the magnitude of the clustergraphene interactions obey the d-band model. Finally, using the lower energy configuration for the Pt13-graphene interacting system (with SW defect), we studied (i) the cluster oxidation of Pt13 and (ii) we started the study of the process of transforming the CO molecule intoCO2 when the interaction of the CO molecule with the oxidized Pt13 cluster on the graphene sheet. |
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Utilização de algoritmo genético para a determinação da estabilidade de aglomerados atômicos e as aplicações destes com grafenoUse of genetic algorithm to determine the stabilization of atomic clusters and their aplications with grapheneAlgoritmo genéticoClustersGrafenoGenetic algorithmClustersGrapheneCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAIn this thesis we propose a improvement of the Genetic Algorithm (GA) method that is used to search the stability of geometry of atomic clusters. The proposed improvements consist by introducing two new operators: the topological index and the discretization of the configurational space via multi-grid technique. This study using a semi-empirical Tight-Binding potential for the 19-atom Ti cluster showed that the multi-grid technique applied in the initial steps of the AG search selects regions on the potential energy surface accessible to the problem, however, there is no guarantee that the selected regions will be those associated with the global minimum. The use of the topological index results in a higher success rate in relation to the non use of this index, that is, a greater number of independent trajectories in the configurational space presents energies closer to the best solution found. This implementation of AG with topological index was applied to the study of Ti, Pd, Pt and Au clusters with up to 6 (six) atoms. Our structural results for these six-atom clusters demonstrate good agreement with the literature. Then We study the interaction of these 6 and 13 Ti, Pd, Pt and Au clusters with a pristine graphene sheet and containing a Stone-Wales (SW) defect. We show that the presence of the defect increases the binding energy of the six-metal clusters with the graphene sheet even when these clusters are deposited outside from the defect region. We also show that the magnitude of the clustergraphene interactions obey the d-band model. Finally, using the lower energy configuration for the Pt13-graphene interacting system (with SW defect), we studied (i) the cluster oxidation of Pt13 and (ii) we started the study of the process of transforming the CO molecule intoCO2 when the interaction of the CO molecule with the oxidized Pt13 cluster on the graphene sheet.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNesta tese é apresentada inicialmente uma proposta para a melhoria do método do Algoritmo Genético (AG) que é utilizado para encontrar a geometria de estabilidade de clusters atômicos. As melhorias propostas consistem em introduzir dois novos operadores: o índice topológico e a discretização do espaço configuracional via técnica de multi-grid. Este estudo utilizando um potencial semi-empírico Tight-Binding para o cluster de Ti com 19 átomos mostrou que a técnica de multi-grid aplicada aos passos iniciais da busca via AG seleciona regiões na superfície de energia potencial acessível ao problema, porém não há garantias de que as regiões selecionadas sejam aquelas associadas ao mínimo global. Já a utilização do índice topológico resulta numa maior taxa de sucesso em relação ao não uso deste índice, ou seja, um maior número de trajetórias independentes no espaço configuracional apresenta energias mais próximas da melhor solução encontrada. Esta implementação do AG com índice topológico foi aplicada ao estudo de clusters de Ti, Pd, Pt e Au com até 6 (seis) átomos. Nossos resultados estruturais para estes aglomerados de seis átomos demonstram boa concordância com a literatura. Em seguida estudamos a interação destes clusters de 6 e 13 átomos de Ti, Pd, Pt e Au com uma camada de grafeno pristina e contendo um defeito do tipo Stone-Wales (SW). Mostramos que a presença do defeito aumenta a energia de ligação dos clusters metálicos de 6 átomos com a camada de grafeno, mesmo quando estes clusters são depositados fora da região do defeito. Mostramos ainda que a magnitude das interações cluster-camada de grafeno obedecem o modelo da banda d. Finalmente, utilizando a configuração de menor energia para o sistema interagente Pt13- grafeno (com defeito SW), estudamos (i) a oxidação do cluster de Pt13 e (ii) iniciamos o estudo do processo de transformação da molécula de CO em CO2 quando da interação da molécula de CO com o cluster Pt13 oxidado sobre a camada de grafeno.Universidade Federal de Santa MariaBrasilFísicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em FísicaCentro de Ciências Naturais e ExatasPiquini, Paulo Cesarhttp://lattes.cnpq.br/4496249071363237Anversa, Jonashttp://lattes.cnpq.br/5704228266580089Rossato, Jussanehttp://lattes.cnpq.br/2289911377012512Calegari, Eleonir Joãohttp://lattes.cnpq.br/6030572534512173Baldez, Raisi Natalia Lenz2018-07-10T20:59:29Z2018-07-10T20:59:29Z2017-01-31info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/13736ark:/26339/00130000126pnporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2018-07-10T20:59:29Zoai:repositorio.ufsm.br:1/13736Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2018-07-10T20:59:29Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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In this thesis we propose a improvement of the Genetic Algorithm (GA) method that is used to search the stability of geometry of atomic clusters. The proposed improvements consist by introducing two new operators: the topological index and the discretization of the configurational space via multi-grid technique. This study using a semi-empirical Tight-Binding potential for the 19-atom Ti cluster showed that the multi-grid technique applied in the initial steps of the AG search selects regions on the potential energy surface accessible to the problem, however, there is no guarantee that the selected regions will be those associated with the global minimum. The use of the topological index results in a higher success rate in relation to the non use of this index, that is, a greater number of independent trajectories in the configurational space presents energies closer to the best solution found. This implementation of AG with topological index was applied to the study of Ti, Pd, Pt and Au clusters with up to 6 (six) atoms. Our structural results for these six-atom clusters demonstrate good agreement with the literature. Then We study the interaction of these 6 and 13 Ti, Pd, Pt and Au clusters with a pristine graphene sheet and containing a Stone-Wales (SW) defect. We show that the presence of the defect increases the binding energy of the six-metal clusters with the graphene sheet even when these clusters are deposited outside from the defect region. We also show that the magnitude of the clustergraphene interactions obey the d-band model. Finally, using the lower energy configuration for the Pt13-graphene interacting system (with SW defect), we studied (i) the cluster oxidation of Pt13 and (ii) we started the study of the process of transforming the CO molecule intoCO2 when the interaction of the CO molecule with the oxidized Pt13 cluster on the graphene sheet. |
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