Simülasyon yöntemleriyle kümelerin termodinamik niceliklerinin belirlenmesi
Determination of the thermodynamic quantities of clusters by simulation methods
- Tez No: 168576
- Danışmanlar: PROF.DR. HALUK GÜVEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Monte Carlo (MC), Moleküler Dinamik (MD), Paralel Tempering Monte Carlo (PTMC), Sınırlı (Confinement) Simülasyon, Çoklu Histogram Yöntemi, Laplace Dönüşümleri Yöntemi, Termodinamik Nicelikler, Negatif Isı Kapasitesi, Sihirli Sayı, Monte Carlo (MC), Molecular Dynamic (MD), Parallel Tempering Monte Carlo (PTMC), Confinement Simulation, Multiple Histogram Method, Laplace Transformation Method, Thermodynamical Quantities, Negative Heat Capacity, Magic Number
- Yıl: 2005
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Zonguldak Karaelmas Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 178
Özet
ÖZET Doktora Tezi SİMÜLASYON YÖNTEMLERİYLE KÜMELERİN TERMODİNAMİK NİCELİKLERİNİN BELİRLENMESİ Meral ERYÜREK Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı Tez Danışmanı: Prof. Dr. M. Halûk GÜVEN Şubat 2005, 156 sayfa. Atomlar arası etkileşmeler Ar kümeleri için Lennard- Jones, Al, Au, Na, Ni kümeleri için Gupta potansiyelleriyle modellenmiştir. Kullanılan tüm kümelerin minimum enerji geometrileri farklı minimizasyon teknikleri kullanılarak elde edilmiştir. Aun (N=4-13) kümeleri için iki boyutlu minimum enerji geometrileri elde edilmiş, sonuçlar literatürle karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada erime simülasyonu yapılan kanonik ve mikrokanonik kümelerin termodinamik niceliklerinin hesaplanması amaçlanmıştır. Atn (N=6~40, 55) kümeleri kanonik Monte Carlo (MC), mikrokanonik Moleküler Dinamik (MD) ve Paralel Tempering Monte Carlo (PTMC) simülasyonları kullanılarak eritilmiş, çoklu histogram ve Laplace dönüşümleri yöntemlerinden termodinamik nicelikler hesaplanmıştır. Çoklu histogram yönteminden konfigürasyonel entropi değerleri elde edilmiş, bu değerler kanonik ve mikrokanonik termodinamik tanımlarda kullanılarak iç enerji, kanonik ısı mÖZET (devam ediyor) kapasitesi, termodinamik sıcaklık, mikrokanonik ısı kapasitesi ve potansiyel enerji dağılımları hesaplanmıştır. Faz uzayı hacmi ve faz uzayı yoğunluğu tanımlarına Laplace dönüşümleri uygulanmış, bulunan yeni tanımlar mikrokanonik topluluk için ortalama hesabı ifadelerinde kullanılarak kinetik sıcaklıklar ve ısı kapasiteleri hesaplanmıştır. Değişik yöntemlerle elde edilen termodinamik nicelikler, kendi aralarında kıyaslanmış ve literatürdeki diğer simülasyon, teorik ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış ve sonuçlar detaylı bir şekilde tartışılmıştır. ArN (N=13, 38, 39, 40, 55) kümelerinin mikrokanonik simülasyonlarında negatif ısı kapasitesi davranışı gözlenmiştir. Bu kümelerin diğer tüm termodinamik nicelikleri incelenmiş, bulk sistemler için kullanılan tanımların ne ölçüde uyduğu araştırılmış, bunun için kalorik eğriden erime sıcaklığı ve gizli ısı, toplam entropi eğrisinden erime anındaki toplam entropi değişimi elde edilmiştir. Sonuçların deneysel ve teorik çalışmalarla tutarlı olduğu görülmüştür. AIN, NaN, NİN (N=13, 19, 55) metal kümeleri mikrokanonik simülasyonlar kullanılarak eritilmiş, termodinamik nicelikler hesaplanmış, katı-sıvı faz geçişinin karakteristik özelliklerinin termodinamik niceliklerin davranışına nasıl bağlı olduğu araştırılmıştır. 55 atomlu metal kümelerinde de mikrokanonik ısı kapasitesinin negatif davranış gösterdiği gözlenmiş, bu kümeler için erime sıcaklığı ve gizli ısı değerleri belirlenmiş ve sonuçlar literatürle karşılaştırılmıştır. Potansiyel enerji yüzeyinin belli bir bölgesini incelenmeye olanak sağlayan sınırlı (confinement) simülasyon yöntemi ArN (N=7,12-14) ve Nİ7 kümelerine uygulanmıştır. Ni7 kümelerinde atomlar arası etkileşimler Sutten-Chen potansiyeli ile modellenmiştir. Atn (N=12-14) kümelerinin global minimum ve ilk dört izomerinin, Aty ve Nİ7 kümelerinin tüm izomerlerinin, kısmi kalorik eğrileri, kanonik ısı kapasitesi eğrileri elde edilmiş, kümelerin erime sıcaklıklarının yapısal özelliklerine bağlılığı incelenmiştir. Kalorik eğrilerden, toplam entropi eğrileri hesaplanmış ve buradan ilgilenilen izomerlerin global minimuma göre bulunma olasılıkları elde edilmiş ve göreceli bulunma zamanına karşı toplam enerji eğrileri çizilmiştir. Böylece bu eğrilerden faydalanılarak ilgilenilen kümenin toplam enerjiye bağlı olarak hangi enerjide hangi izomerini daha çok tercih ettiği hakkında ivÖZET (devam ediyor) bilgi edinilmiştir. Mikro kümelerde, bulk sistemler için tanımlanan termodinamik niceliklerin ne kadar geçerli olduğu ve nasıl kullanılabileceği konusunda detaylı sonuçlar verilmiş ve tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT Ph. D. Thesis DETERMINATION OF THE THERMODYNAMIC QUANTITIES OF CLUSTERS BY SIMULATION METHODS Meral ERYÜREK Zonguldak Karaelmas University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Physics Thesis Advisor: Prof. M. Halûk GÜVEN February 2005, 156 pages. The interactions between atoms were modelled with Lennard- Jones for Ar clusters and with Gupta potentials for Al, Au, Na and Ni clusters. The minimum energy geometries for all clusters were obtained by using different minimisation techniques. For Aun (N=4-13) clusters, the two dimensional minimum energy geometries were obtained and the results were compared with the ones in the literature. In this study, the melting behaviour of the canonical and microcanonical clusters were simulated to calculate their thermodynamic quantities. Axn (N=6-40.33) clusters were melted by using canonical Monte Carlo (MC), microcanonical Molecular Dynamics (MD) and Parallel Tempering Monte Carlo (PTMC) simulations and thermodynamic quantities were calculated by multiple histogram and Laplace transformations methods. The configurational entropy values were obtained by multiple histogram methods, and by VIABSTRACT (continued) employing these values in canonical and microcanonical thermodynamic definitions the internal energy, canonical heat capacity, thermodynamical temperature, microcanonical of potential energy were calculated. Laplace transformation method was applied to phase space volume and phase space density definitions and the new definitions were used in the microcanonical ensemble average calculations to calculate kinetic temperatures and heat capacities. The thermodynamic quantities obtained by different methods were compared first to each other and then to the other simulations, theoretical and experimental results given in literature. In the microcanonical simulations, it is observed that Atn (N= 13-38, 39, 40, 55) clusters show negative heat capacity behaviour. Besides the heat capacity all other thermodynamic quantities of these clusters were investigated. Fitting of the definitions used for bulk systems to the clusters was analysed and for this purpose, from the caloric curve melting temperature and latent heat values were determined, from total entropy curve the difference in the total entropy in the meantime of melting were obtained. It was observed that the results are in good agreement with the experimental and theoretical studies. AIn, NaN, and Nİn (N=13, 19, 55) metal clusters were melted by using microcanonical simulations, and thermodynamic quantities were calculated. How characteristic properties of the solid-liquid phase transitions depend on the behaviour of thermodynamic quantities was investigated. It is also observed that in the metal clusters with 55 atoms, the microcanonical heat capacity show negative heat capacity behaviour for these clusters melting temperature and latent heat were determined and the results were compared to the ones in the literature. The confinement simulation method that thoroughly investigates the restricted area of the potential energy surface was applied to Atn (N= 7,12,14) and Nİ7 clusters. In the Nİ7 clusters, the interaction between atoms were modelled by Sutten-Chen potential. The fractional caloric curves and canonic heat capacity curves of the global minimum and first four isomers of ArN (N= 12-14) clusters and all the isomers of Ar7 and Nİ7 clusters were obtained. The dependence of melting temperatures of these clusters to their structural VllABSTRACT (continued) properties was also investigated. The total entropy curves were calculated from the caloric curves and then according to global minima, the probabilities of finding of concerned isomers were obtained and relative residence time versus total energy curves were plotted. In this way, depending on the total energy, the information on the preferred isomers of the cluster at the related energy was extracted from the curves. In micro clusters, the detailed results are given and discussed about how thermodynamic quantities which are defined for bulk systems are valid and how they can be used for them.
Benzer Tezler
- Investigation of protonation state dependent conformational dynamics of the nucleotide binding domain of Hsp70 protein homolog Dnak via computational methods
Hsp70 protein homoloğu dnak'nin nükleotit bağlanma alaninin protonlanma haline bağli konformasyonel dinamiklerinin hesapsal yöntemlerle incelenmesi
UMUT ÇAĞAN UÇAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Biyofizikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLENT BALTA
- Mechanical behaviour of nanoporous metals reinforced with carbon based nanomaterials
Karbon tabanlı nanomalzemelerle güçlendirilmiş nano-gözenekli metallerin mekanik davranışı
DENİZ EZGİ GÜLMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Structure and dynamics of catabolite gene activator protein by molecular modeling and simulations
Moleküler modelleme ve simülasyon ile katabolit gen aktivatör proteinin yapisi ve dinamiği
AYŞE BURCU AYKAÇ FAS
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÜRKAN HALİLOĞLU
- Group authentication for next generation networks
Gelecek nesil ağlarda grup kimlik doğrulaması
YÜCEL AYDIN
Doktora
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENVER ÖZDEMİR
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- Nano-scale phase separation and glass forming ability of iron-boron based metallic glasses
Demir-bor tabanlı metalik camlarda nano-ölçekli faz ayrışması ve cam oluşturma yeteneği
MURATAHAN AYKOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. AMDULLA O. MEKHRABOV
PROF. DR. M. VEDAT AKDENİZ