Utilização de algoritmo genético para a determinação da estabilidade de aglomerados atômicos e as aplicações destes com grafeno
Abstract
Nesta tese é apresentada inicialmente uma proposta para a melhoria do método do Algoritmo
Genético (AG) que é utilizado para encontrar a geometria de estabilidade de clusters atômicos.
As melhorias propostas consistem em introduzir dois novos operadores: o índice topológico e
a discretização do espaço configuracional via técnica de multi-grid. Este estudo utilizando um
potencial semi-empírico Tight-Binding para o cluster de Ti com 19 átomos mostrou que a técnica
de multi-grid aplicada aos passos iniciais da busca via AG seleciona regiões na superfície
de energia potencial acessível ao problema, porém não há garantias de que as regiões selecionadas
sejam aquelas associadas ao mínimo global. Já a utilização do índice topológico resulta
numa maior taxa de sucesso em relação ao não uso deste índice, ou seja, um maior número
de trajetórias independentes no espaço configuracional apresenta energias mais próximas da
melhor solução encontrada. Esta implementação do AG com índice topológico foi aplicada ao
estudo de clusters de Ti, Pd, Pt e Au com até 6 (seis) átomos. Nossos resultados estruturais para
estes aglomerados de seis átomos demonstram boa concordância com a literatura. Em seguida
estudamos a interação destes clusters de 6 e 13 átomos de Ti, Pd, Pt e Au com uma camada de
grafeno pristina e contendo um defeito do tipo Stone-Wales (SW). Mostramos que a presença
do defeito aumenta a energia de ligação dos clusters metálicos de 6 átomos com a camada de
grafeno, mesmo quando estes clusters são depositados fora da região do defeito. Mostramos
ainda que a magnitude das interações cluster-camada de grafeno obedecem o modelo da banda
d. Finalmente, utilizando a configuração de menor energia para o sistema interagente Pt13-
grafeno (com defeito SW), estudamos (i) a oxidação do cluster de Pt13 e (ii) iniciamos o estudo
do processo de transformação da molécula de CO em CO2 quando da interação da molécula de
CO com o cluster Pt13 oxidado sobre a camada de grafeno.
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