dc.creator | Grison, Tulio Gnoatto | |
dc.date.accessioned | 2024-06-18T11:50:21Z | |
dc.date.available | 2024-06-18T11:50:21Z | |
dc.date.issued | 2024-04-30 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/32055 | |
dc.description.abstract | As the description of the forces present in physical systems improves, the weaker interactions
become more relevant. Van der Waals (vdW) interactions are considered weak but far-reaching
and are present in a wide range of phenomena, such as the adherence of amphibians to different
surfaces, interactions between DNA molecules, and chemical reactions, among others. In
addition, vdW interactions are involved in numerous fundamental processes for creating or improving
technologies in different segments (e.g. gas sensors, drug transportation, optoelectronic
devices). Many studies have shown that these interactions are relevant in describing interfaces
between solid-liquid or solid-gas systems. On the other hand, they lack more general and precise
theoretical descriptions. Density Functional Theory seeks to solve the many-electron problem by
approximating the exchange and correlation functional. The existing functionals do not always
reproduce the effects of vdW interactions, and there are many different ways of including them.
In this study, we compare proposals for including the effects of vdW interactions in two systems
containing anH2Omolecule interacting with monolayers of graphene or hexagonal boron nitride.
We implemented the Grimme-D2 and Grimme-D3 corrections added to the PBE functional, and
the vdW-DF functionals (by including or not the C09 exchange correction). We found that the
corrections and vdW functionals had different effects on the systems studied, for example, to
a greater or lesser extent, they decreased the distance and interaction energy compared to the
PBE functional. Notable differences were found in the description of activation energies as a
function of the different systems calculated for different corrections and functionals. In addition,
we found a significant impact on the electronic properties of the systems. We conclude that the
corrections evaluated here can significantly alter the results compared to the PBE functional.
When including these approximations, one must be careful to ensure that the corrections or
functionals reproduce the desired characteristics as accurately as possible. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | van der Waals | por |
dc.subject | Água | por |
dc.subject | Teoria do funcional da densidade | por |
dc.subject | Water | eng |
dc.subject | Density functional theory | eng |
dc.title | Explorando correções de van der Waals na descrição teórica de interações de H2O com materiais bidimensionais | por |
dc.title.alternative | Exploring van der Waals corrections in the theoretical description of H2O interactions with two-dimensional materials | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | A medida em que a descrição das forças presentes nos sistemas físicos é melhorada, as interações
mais fracas, antes menos significativas, passam a ter maior relevância. As interações de van
der Waals (vdW) são interações consideradas fracas, mas de longo alcance, e estão presentes
em uma variada gama de fenômenos como aderência de anfíbios em diferentes superfícies,
interações entre moléculas de DNA, reações químicas, entre outras. Além disso, as interações
de vdW participam de inúmeros processos fundamentais para a criação ou aprimoramento de
tecnologias em diferentes segmentos (e.g., sensores de gás, transporte de fármacos, dispositivos
optoeletrônicos). Muitos estudos tem demonstrado que essas interações são relevantes na
descrição de interfaces entre sistemas sólido-líquido ou sólido-gás, onde já existem aplicações,
ainda que as interações de vdW careçam de descrições teóricas mais gerais e precisas. A
Teoria do Funcional da Densidade busca resolver o problema de muitos elétrons aproximando o
funcional de troca e correlação. Os funcionais existentes nem sempre reproduzem os efeitos das
interações de vdW, além de não haver uma única forma de incluí-los. Neste estudo, comparamos
diferentes propostas para incluir os efeitos das interações de vdW em dois sistemas diferentes
contendo uma molécula de H2O interagindo com monocamadas de grafeno ou de nitreto de boro
hexagonal (hBN). Aplicamos as correções Grimme-D2 e Grimme-D3 adicionadas ao funcional
PBE, e os funcionais vdW-DF, com e sem a inclusão da correção de troca C09. Verificamos que
as correções e funcionais de vdW apresentam diferentes efeitos nos sistemas estudados como,
por exemplo, em maior ou menor magnitude, diminuíram a distância e a energia de interação com
a monocamada em comparação com o funcional PBE. Diferenças notáveis foram encontradas na
descrição das energias de ativação em função dos diferentes sistemas calculados para diferentes
correções e funcionais. Além disso, encontramos um impacto significativo na descrição de
propriedades eletrônicas relativas a interação de uma molécula de água e superfícies de grafeno
e hBN. Concluímos que as correções avaliadas podem alterar significativamente os resultados
em comparação com o funcional PBE. Ao incluirmos essas aproximações, devemos tomar cuidado para garantir que as correções ou funcionais reproduzam as características desejadas
com o maior grau de acurácia possível. | por |
dc.contributor.advisor1 | Köhler, Mateus Henrique | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5754140057757003 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Vargas, Douglas Willian Duarte de | |
dc.contributor.referee1 | Piquini, Paulo Cesar | |
dc.contributor.referee2 | Piotrowski, Maurício Jeomar | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/1069086529393076 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Física | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Ciências Naturais e Exatas | por |