Técnicas de Simulación
Código: 43440 Créditos ECTS: 6| Titulación | Tipo | Curso | Semestre |
|---|---|---|---|
| 4314939 Nanociencia y Nanotecnología Avanzadas / Advanced Nanoscience and Nanotechnology | OT | 0 | 1 |
Contacto
- Nombre:
- Xavier Cartoixa Soler
- Correo electrónico:
- xavier.cartoixa@uab.cat
Uso de idiomas
- Lengua vehicular mayoritaria:
- inglés (eng)
Equipo docente
- Francesc Torres Canals
- Laura Masgrau Fontanet
- Xavier Solans Monfort
Prerequisitos
Se requerirán nociones básicas de mecánica cuántica para la parte del curso de ab initio.
Objetivos y contextualización
Introducción al uso de software para el cálculo de propiedades físicas y químicas en la nanoescala, y perspectiva de los formalismos subyacentes.
Competencias
- Buscar información en la literatura científica utilizando los canales apropiados e integrar dicha información para plantear y contextualizar un tema de investigación.
- Dominar la terminología científica y desarrollar la habilidad de argumentar los resultados de la investigación en el contexto de la producción científica, para comprender e interactuar eficazmente con otros profesionales.
- Identificar las técnicas de caracterización y análisis propios de la nanotecnología y conocer sus fundamentos, dentro de su especialidad.
- Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo
- Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio
- Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades
Resultados de aprendizaje
- Analizar la complejidad subyacente y los límites computacionales de los distintos métodos de resolución de las ecuaciones descriptivas del modelo.
- Buscar información en la literatura científica utilizando los canales apropiados e integrar dicha información para plantear y contextualizar un tema de investigación.
- Dominar la terminología científica y desarrollar la habilidad de argumentar los resultados de la investigación en el contexto de la producción científica, para comprender e interactuar eficazmente con otros profesionales.
- Identificar la técnica computacional más adecuada al problema abordado
- Identificar las ecuaciones que rigen la dinámica molecular newtoniana, el transporte electrónico de primeros principios y la dinámica de estructuras.
- Interpretar las capacidades de una técnica de simulación y sus limitaciones fundamentales en función de los términos que el modelo incorpora.
- Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo
- Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio
- Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades
- Utilizar autónomamente herramientas de simulación para obtener una mayor comprensión en situaciones experimentales.
- Utilizar de forma eficiente técnicas computacionales para el estudio de problemas científicos relativos a los materiales y a la nanoescala.
Contenido
- Breve introducción a Linux.
- Métodos ab-initio para el transporte electrónico: teoría de funcional densidad (DFT), equaciones de Kohn-Sham, ondas planas y orbitales cuasi-atómicos. Fundamentos del transporte balístico. Funciones de Green fuera del equilibrio. Obtención de coeficientes de transmisión con TRANSIESTA – sesiones prácticas: transporte a través de una molécula y de nanocintas de grafeno.
- Dinámica molecular (MD) con force fields clásicos: colectividades micro/macrocanónicas, termostatos, fuerzas intermoleculares, force fields para sistemas biológicos. Codigo Lammps – sesiones prácticas: agua a través de un nanotubo de carbono, y enlace antígeno-anticuerpo.
- Modelos de continuo: ecuaciones de continuidad: masa, momento, energía. Difusión, conducción del calor, fluidos, elasticidad, formalismo k.p. Codigo Elmer Multiphysics – sesiones prácticas: vibraciones en nanohilos de Si, y flexión de un puente de Si debido a la dilatación térmica.
Metodología
Unos 2/5 de las clases serán tradicionales, y los 3/5 restantes serán sesiones prácticas con los diferentes códigos. Las actividades fuera de clase incluirán la lectura de artículos de investigación, y realizar pequeños trabajos/simulaciones expandiendo lo explicado en clase.
Las clases magistrales y demostraciones prácticas podrán ser online en función de la situación sanitaria.
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Actividades
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Tipo: Dirigidas | |||
| Clase magistral | 15 | 0,6 | 1, 4, 5, 6, 8, 11 |
| Tipo: Supervisadas | |||
| Demostraciones pràcticas | 22 | 0,88 | 1, 5, 6, 7, 10, 11 |
| Tipo: Autónomas | |||
| Trabajo autónomo | 43 | 1,72 | 2, 8, 7, 10 |
Evaluación
Se podrá requerir un examen final en casos muy específicos.
Actividades de evaluación
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| Asistencia y participación en clase | 5%-10% | 0 | 0 | 3, 9 |
| Exposición de un artículo | 10%-15% | 5 | 0,2 | 1, 2, 3, 4, 6, 9, 7 |
| Informes de prácticas - Dinámica Molecular | 20%-25% | 20 | 0,8 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 7, 10, 11 |
| Informes de prácticas - Métodos de continuo | 25%-30% | 20 | 0,8 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 7, 10, 11 |
| Informes de prácticas - Primeros principios | 30%-35% | 25 | 1 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 7, 10, 11 |
Bibliografía
J. M. Thijssen. Computational Physics (Cambridge University Press, 1999)
R. M. Martin. Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods (Cambridge University Press, 2004).
S. Datta, Electronic transport in mesoscopic systems (Cambridge University Press, 1995)
D. C. Rapaport, The Art of Molecular Dynamics Simulations (Cambridge University Press, 1995)
D. Frenkel, B. Smit, Understanding Molecular Simulations: from algorithms to applications, Academic Press (1996).
O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor and J.Z. Zhu, The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals (6th Ed, Elsevier Butterworth-Heinemann, 2005) Sections 3.1-3.3
Software
Se necesita ordenador configurado para acceder por ssh, con capacidades gráficas, a máquinas remotas. Se ofrecerá ayuda para la configuración.