Estudos de Monte Carlo de diagramas de fase : aplicação ao C60 e ao modelo de Lennard-Jones

Abstract

Foi desenvolvido um método original de Monte Carlo de cálculo de diagramas de fase que estende as técnicas de histogramas múltiplos a extrapolações em densidade e permite calcular diferenças de energia livre de Helmholtz entre pontos termodinâmicos de diferentes densidades e temperaturas. Foram também efectuados cálculos de energia livre absoluta para estados termodinâmicos de referência em fase sólida e fluida, incluindo correcções dos efeitos de tamanho finito, de modo a construir diagramas de fase. Procedeu-se a aplicações de teste com o modelo de Lennard-Jones, aferindo e estendendo os resultados existentes na literatura. Considerou-se ainda um modelo do potencial intermolecular ab initio do C60, que inclui interacções de dois e três corpos, e estudou-se o diagrama de fase deste sistema, estimando, em particular, as propriedades do ponto crítico e do ponto triplo.

An original Monte Carlo method for the determination of phase diagrams was developed. It extends the multiple histogram techniques to extrapolations in density and it allows to compute Helmholtz free energy differences between thermodynamic points with different densities and temperatures. Absolute free energy calculations for reference solid and fluid states were also carried out, including finite size effects corrections, in order to draw phase diagrams. Test applications with the Lennard-Jones model were performed, the results being compared to and extending the published results. The phase diagram of an ab initio model of the C60 intermolecular potential, including two and three body interactions, was studied, and the properties of the critical point and of the triple point were estimated.