Simulaciones computacionales de materiales y nanoestructuras

Los materiales que utilizamos a diario poseen propiedades bien definidas que hemos aprendido a aprovechar. No obstante, cuando nos movemos del mundo cotidiano al mundo de lo muy pequeño, descubrimos que esos materiales conocidos actúan de maneras muy diferentes y responden de modo insólito a los estímulos del entorno.

El reto consiste en predecir esos comportamientos para poder manipular las sustancias a nivel nanoestructural y crear así nuevas materias primas que mejoren la calidad de vida de las sociedades. Las simulaciones por computadora se han convertido en la mejor herramienta para pronosticar el comportamiento de los cuerpos a nivel nanométrico, y en esta área el texto de los físicos Takeuchi y Romero constituye una guía inmejorable para introducirnos en el uso de los programas y las simulaciones informáticos para el conocimiento de las nanoestructuras.

CONTENIDO

Agradecimientos

Prólogo

Introducción

I. Mecánica clásica
 

1. Mecánica de una partícula
2. Mecánica de un sistema de varias partículas

II. Simulaciones de dinámica molecular clásica
 

1. Introducción
2. Estructura básica de un programa de dinámica molecular
3. Potenciales
4. Mecánica molecular y campos de fuerzas
5. Dinámica molecular en varias colectividades
6. Ejemplos de aplicaciones en materiales
7. Simulaciones de dinámica molecular en sistemas biológicos
8. Ejemplos de paquetes de dinámica molecular

III. Mecánica estadística
 

1. Bases y aplicaciones
2. Colectividades
3. Colectividades en mecánica estadística

IV. Monte Carlo
 

1. Importancia del muestreo y balance detallado
2. Algoritmo de Swendsen – Wang
3. Aplicaciones
4. Anexo al capítulo IV. Generación de numeroso aleatorios

V. Breve resumen de la mecánica cuántica
 

1. Radiación del cuerpo negro
2. Efecto fotoeléctrico
3. Ondas de materia
4. El principio de incertidumbre
5. La función de onda y su significado físico
6. La ecuación de Schrödinger
7. Operadores hermíticos
8. Postulados de la mecánica cuántica
9. El átomo de hidrogeno
10. El espín del electrón
11. El principio de exclusión de Pauli

VI. Cálculos ab initio o de primeros principios
 

1. Introducción
2. Aproximación de Born – Oppenheimer
3. El principio variacional
4. La aproximación de Hartree
5. La aproximación de Hartree – Fock

VII. teoría del funcional de la densidad
 

1. Los teoremas de Hohenberg y Kohn
2. Las ecuaciones de Kohn – Sham
3. Funcionales de correlación e intercambio
4. Teoría del funcional de la densidad del espín polarizado o LSDFT
5. Teoría del funcional de la densidad dependiente del tiempo
6. Dinámica molecular de primeros principios
7. Trayectorias de mínima energía
8. Teoría de perturbaciones en la teoría del funcional de la densidad o PTDFT

VIII. Pseudopotenciales, funciones base y programas computacionales más usados
 

1. Pseudopotenciales
2. Funciones base
3. Programas usados comúnmente
4. Anexo al capítulo VIII. Funciones de Wannier

IX. Aplicaciones de los métodos de primeros principios
 

1. Sólidos
2. Superficies
3. Nanomateriales
4. A manera de conclusión

Glosario

Bibliografía y lecturas recomendadas