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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Cálculos teóricos e computacionais de estrutura eletrônica
Authors: Felipe Silva Carvalho
First Advisor: Joao Pedro Braga
First Referee: Rita de Cassia de Oliveira Sebastiao
Second Referee: Márcio Oliveira Alves
Abstract: Na presente dissertação alguns métodos utilizados em cálculos de estrutura eletrônica são discutidos juntamente com exemplos de aplicações. No capítulo 1, parte-se do método de Hartree-Fock-Roothaan deduzindo-se as equações a serem resolvidas a partir da energia de um estado eletrônico e resolve-se estas equações para o átomo de hélio unidimensional. Continuando em sistemas de dois elétrons no capítulo 2 e apresentado o método de Hylleraas, publicado em uma série de três artigos entre os anos de 1928 e 1930, juntamente com uma simplificação do método apresentada por Chandrasekhar e Herzberg em 1955. No capítulo 3 e deduzida, pela primeira vez, as condições de cúspide nas coordenadas de Hylleraas e estas são aplicadas em algumas funções encontradas na literatura a fim de analisar se estas condições são satisfeitas. São obtidas, também neste capítulo, restrições para as funções de onda de modo que estas satisfaçam as condições de cúspide. No capítulo 4 introduz-se um novo modelo para cálculo de estrutura eletrônica desenvolvido simultaneamente por Thomas e Fermi nos anos de 1927 e 1928, respectivamente no qual utiliza-se a densidade eletrônica para se obter a energia do sistema, dando origem assim `a Teoria do Funcional de Densidade, considerando que esta densidade seja uniforme. As equações a serem resolvidas são deduzidas neste capítulo, considerando-se apenas os efeitos clássicos como nos trabalhos originais de Thomas e Fermi, no qual são apresentadas todas as passagens matemáticas necessárias e os resultados são discutidos. No capítulo 5 é apresentado uma continuação no desenvolvimento do modelo de Thomas-Fermi no qual o efeito quântico de troca como um funcional da densidade foi introduzido por Dirac em 1930. A dedução não segue o trabalho original de Dirac, mas todos os conceitos necessários e todas as passagens matemáticas apresentadas ao longo do desenvolvimento deste capítulo. No capítulo 6 introduz-se o modelo de Khon e Sham, proposto em 1965, no qual ainda se utiliza funcionais da densidade na realização dos cálculos, mas que obteve grande êxito nos cálculos de modo que este modelo é utilizado ainda nos dias atuais em cálculos de estrutura eletrônica. Nesse capítulo é introduzido o funcional de correlação e a melhoria nos resultados ao se considerar esse efeito fica evidente ao se resolver um exemplo após a obtenção das equações necessárias. No capítulo 7 utiliza-se um software para se estudar sistemas de muitos elétrons utilizando-se funcionais mais complexos do que os apresentados nos capítulos 5 e 6. Os sistemas escolhidos para estudo são clusters de ouro contendo de dois a seis átomos. Os resultados são comparados com dados experimentais disponíveis e teóricos. Realizou-se também a análise populacional dos orbitais a fim de se determinar a carga em cada átomo dos clusters e esses resultados foram utilizados para relacionar as distribuições de cargas nos clusters com asgeometrias de interação entre os clusters e ligantes receptores ou doadores de elétrons. 
Abstract: In the present dissertation, some methods used in electronic structure calculations are discussed together with examples of applications. In Chapter 1, we start with the Hartree-Fock-Roothaan method deducing the equations to be solved from the energy of an electronic state and solvingthese equations for the one-dimensional helium atom. Keeping the study of two-electron systems in Chapter 2, it is presented the Hylleraass method, published in a series of three articles between the years 1928 and 1930, together with a simplification of the method presented byChandrasekhar and Herzberg in 1955. In chapter 3, the cusp conditions are deduced for the first time in the Hylleraas coordinates and these are applied in some functions found in the literature in order to analyze if these conditions are satisfied. Also in this chapter, constraints for thewavefunctions are obtained to guarantee that the cusp conditions will be satisfied. In Chapter 4 we introduce a new model used in electronic structure calculations developed simultaneously by Thomas and Fermi in the years 1927 and 1928, respectively, in which the electronic densityis used to obtain the energy of the system, thus giving rise to the Density Functional Theory, considering that this density is uniform. The equations to be solved are deduced in this chapter, considering only the classical effects as in the original works of Thomas and Fermi, in which allnecessary mathematical passages are presented and the results are discussed. In Chapter 5 it is presented a continuation in the development of the Thomas-Fermi model in which the quantum exchange effect, as a functional of the density, was introduced by Dirac in 1930. The deductiondoes not follow the original work of Dirac, but all necessary concepts and all the mathematical passages are presented throughout the development of this chapter . In Chapter 6 are introduced the Khon and Sham model, proposed in 1965, which uses the functionals of density to perform the calculations, but obtained great success in the results so that this model is still used in the present day to perform electronic structure calculations. In this chapter the correlation functional is introduced and the improvement in the results when considering this effect becomesevident when an example is solved after deduction of the necessary equations. In Chapter 7 a software is used to study systems of many electrons using more complex functionals than those presented in Chapters 5 and 6. The systems chosen for the study are the gold clusters containing two to six atoms. The results are compared with available experimental and theoretical data. The population analysis of the orbitals was also carried out to determine the charges in each atom of the clusters, and these results are used to relate the charge distributions in clusters with the geometries of interaction between clusters and a electron receptor, or donor, ligand.
Subject: Ouro
Físico química
Estrutura eletronica
Funcionais de densidade
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-B3FPMU
Issue Date: 17-Jul-2018
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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