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 Il corso affronta la descrizione di varie importanti fasi condensate della “materia soffice” in termini microscopici e la loro simulazione. In particolare viene discussa la relazione fra struttura molecolare e  organizzazione e proprietà macroscopiche utilizzando tecniche di simulazione al calcolatore Monte Carlo e Molecular Dynamics. 

Simulazioni molecolari

Programma

 

  1. Descrizione e classificazione di fasi e mesofasi della materia secondo i vari tipi di ordine molecolare: cristalli, liquidi, vetri, cristalli liquidi (nematici, colesterici, smectici, colonnari), polimeri, gel. Sistemi liotropici. Micelle, film di Langmuir-Blodgett, membrane biologiche. Preparazione per templating di fasi nanostrutturate.
  2. Descrizione di ordine e struttura: Funzioni di distribuzione. Parametri d` ordine posizionali e orientazionali. Funzioni di distribuzione radiali g(r). Trasformazioni di fase del primo e secondo ordine. 
  3. Descrizione della dinamica molecolare. Funzioni di correlazione. Cenni di Teoria della Risposta Lineare. Esempi.
  4. Forze fra molecole e fra particelle colloidali. Caratteristiche generali (attrazione, repulsione e loro origine). Alcuni importanti potenziali empirici. Potenziale a sfere dure, a buca quadrata, Lennard-Jones. Raggio di interazione ed esistenza della fase liquida. Applicazione a liquidi semplici, colloidi e coagulazione. Cristallizzazione di proteine. Modelli a reticolo per lo studio di transizioni di fase. Contributi elettrostatici. Legame idrogeno e proprietà dell’ acqua. Effetto idrofobico. Cenni sulla stabilità dei colloidi. Potenziali anisotropi attrattivi-repulsivi Gay-Berne.
  5. Metodi di simulazione al calcolatore della struttura e proprietà di fasi condensate. Metodo Monte Carlo. Processi markoviani. Metodo Metropolis per la simulazione di sistemi molecolari: basi teoriche, diagramma di flusso. Implementazione del metodo: condizioni al contorno periodiche, evoluzione, determinazione di osservabili. Esempi: Monte Carlo per lo studio di sistemi ordinati. Determinazione della temperatura di transizione, assegnazione del tipo di transizione utilizzando istogrammi della energia. Simulazione molecolare di un display a cristalli liquidi.
  6. Metodo Molecular Dynamics. Introduzione: dinamica molecolare per una e molte particelle. Integrazione delle equazioni del moto di Newton-Euler. Algoritmo di Verlet. Conservazione di energia e quantità di moto. Equilibrazione, produzione, calcolo di osservabili statici e dinamici. 
  7. Simulazioni atomistiche predittive molecular dynamics. Campi di forza. Applicazioni a sistemi liquido cristallini e a materiali organici molecolari per l’elettronica organica.

Svolgimento

Il corso si terrà nel I semestre, dal 5 novembre al 4 dicembre 2010, e si svolgerà nell'Aula I del Dipartimento di Chimica Fisica (Viale Taramelli 16).

Ambito : Scienze e Tecnologie

Semestre: Semestre I

Anno accademico: 2010-2011