C - H ⋯ 0 and N - H ⋯ 0 hydrogen bonds in liquid amides investigated by monte carlo simulation

Monte Carlo simulations of liquid formamide, N-methylformamide (MF), and N, N-dimethytformamide (DMF) have been performed in the isothermal and isobaric ensemble at 298 K and 1 atm, aiming to investigate the C-H ⋯ O and N-H ⋯ O hydrogen bonds. The interaction energy was calculated using the classical 6-12 Lennard-Jones pairwise potential plus a Coulomb term on a rigid six-site molecular model with the potential parameters being optimized in this work. Theoretical values obtained for heat of vaporization and liquid densities are in good agreement with the experimental data. The radial distribution function [RDF, g(r)] obtained compare well with R-X diffraction data available. The RDF and molecular mechanics (MM2) minimization show that the C-H ⋯ O interaction has a significant role in the structure of the three liquids. These results are supported by ab initio calculations. This interaction is particularly important in the structure of MF. The intensity of the N - H ⋯ O hydrogen bond is greater in the MF than formamide. This could explain some anomalous properties verified in MF. © 1997 John Wiley & Sons, Inc.

Estudo de percolação de clusters de Monte Carlo para o modelo de Ising bidimensional

Pós-graduação em Física - IFT

Teoria quântica do campo escalar real com autoacoplamento quártico - simulações de Monte Carlo na rede com um algoritmo worm

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo de solvatocromismo em líquidos moleculares orgânicos via método seqüencial Monte Carlo/Mecânica Quântica

Utilizou-se o método seqüencial Monte Carlo / Mecânica Quântica para obterem-se os desvios de solvatocromismo e os momentos de dipolo dos sistemas de moléculas orgânicas: Uracil em meio aquoso, -Caroteno em Ácido Oléico, Ácido Ricinoléico em metanol e em Etanol e Ácido Oléico em metanol e em Etanol. As otimizações das geometrias e as distribuições de cargas foram obtidas através da Teoria do Funcional Densidade com o funcional B3LYP e os conjuntos de funções de base 6-31G(d) para todas as moléculas exceto para a água e Uracil, as quais, foram utilizadas o conjunto de funções de base 6-311++G(d,p). No tratamento clássico, Monte Carlo, aplicou-se o algoritmo Metropólis através do programa DICE. A separação de configurações estatisticamente relevantes para os cálculos das propriedades médias foi implementada com a utilização da função de auto-correlação calculada para cada sistema. A função de distribuição radial dos líquidos moleculares foi utilizada para a separação da primeira camada de solvatação, a qual, estabelece a principal interação entre soluto-solvente. As configurações relevantes da primeira camada de solvatação de cada sistema foram submetidas a cálculos quânticos a nível semi-empírico com o método ZINDO/S-CI. Os espectros de absorção foram obtidos para os solutos em fase gasosa e para os sistemas de líquidos moleculares comentados. Os momentos de dipolo elétrico dos mesmos também foram obtidos. Todas as bandas dos espectros de absorção dos sistemas tiveram um desvio para o azul, exceto a segunda banda do sistema de Beta-Caroteno em Ácido Oléico que apresentou um desvio para o vermelho. Os resultados encontrados apresentam-se em excelente concordância com os valores experimentais encontrados na literatura. Todos os sistemas tiveram aumento no momento de dipolo elétrico devido às moléculas dos solventes serem moléculas polares. Os sistemas de ácidos graxos em álcoois apresentaram resultados muito semelhantes, ou seja, os ácidos graxos mencionados possuem comportamentos espectroscópicos semelhantes submetidos aos mesmos solventes. As simulações através do método seqüencial Monte Carlo / Mecânica Quântica estudadas demonstraram que a metodologia é eficaz para a obtenção das propriedades espectroscópicas dos líquidos moleculares analisados.

Investigação da dinâmica sequêncial Monte Carlo/Mecânica Quântica para sitemas moleculares orgânicos

O principal objetivo deste trabalho é investigar teóricamente as propriedades eletrônicas e óticas de compostos orgânicos em ambiente líquido. A compreensão das interações em sistemas líquidos é muito importante para a descrição de fenômenos em muitas partes da ciência, como Física, Química, Biologia e Materiais, bem como no desenvolvimento de materiais óticos. As flutuações térmicas fazem que inumaram das configurações para os líquidos possam ser gerados. Esta é a razão do comportamento estatístico observado em sistemas líquidos. Considerando estas dificuldades, o tratamento sequencial Monte Carlo / Mecânica Quântica (SMC/QM) é usado neste trabalho. Neste procedimento, a estrutura líquida é gerada primeiramente por simulações clássicas de MC e mais tarde, somente a parte mais importante do sistema é tratada com mecânica quântica. Usando o procedimento acima, os propriedades do quantum o pirazine dimethyl do thiene Methyl da laranja (MO) e do O 2,3-dimetil tieno[3,4-b] pirazina (DTP) foram investigados. O MO é um conhecido indicador de pH e pode ser encontrado sob circunstâncias básicas e acidas. Suas geometrias de mínima energia foram obtidas mediante a Teoria do Funcional da Densidade pelo funcional B3LYP, sendo o sistema descrito pelas bases de Pople com uma função de polarização (6-31G*). Para obter as propriedades médias dos observaveis, cálculos de química quântica foram executados dentro da aproximação semi-empírica de INDO/S-CI. Com respeito ao espectro de absorção, os dados experimentais existentes na literatura científica reportam a existência de uma larga banda localizada na região de baixas energias, mais precisamente entre 400 e 600 nm. Nossos resultados teóricos para a forma alcalina mostram uma transição intensa transição π → π* aproximadamente à 432.4 ± 0.03 nm e, sob condições ácidas, esta transição aparece aproximadamente à 507.4 ± 0.12, 496.4 ± 0.28 ou 545.3 ± 0.10 nm, dependendo da estrutura, mostrando bom acordo com resultados experimentais. O DTP é um sistema particular usado na produção de polímeros de baixo gap. Suas propriedades elétricas e óticas foram obtidas através de um novo procedimento conhecido por Configuração Eletrostática Média do Solvent (ASEC). O procedimento ASEC inclui moléculas do solvente como cargas pontuais e permite o obtenção das quantidades quânticas executando somente poucos cálculos de mecânica quântica. Para o DTP, usando a teoria das perturbações de segunda ordem Mφller-Plesset (MP2) e o conjunto de bases aug-cc-pVDZ, a convergência do momento de dipolo foi alcançada com apenas quatro cálculos de mecânica quântica à 1.16 D, apresentando um aumento de 42% quando comparado ao dipolo isolado. O polarizabilidade corresponde à outra característica elétrica que pôde ser medida. Considerando o mesmo nível empregado ao cálculo do dipolo, o valor médio 132.7 a30 foi observado. A região de mais baixas da energias do espectro de absorption foi investigada também atravé de procedimento de ASEC usando ambos as aproximações, semi-empírico e DFT. Esta região de absorção é motivo de conclusões contraditórias com relação à natureza das transições n → π* e π → π*. Nossos resultados mostram que realmente que essas excitações são realmente observadas simultanemente podendo sobrepôr-se. Como exemplo, nossos resultados para DFT, encontrados usando o funcional B3LYP nos mostra que estas transições aparecem aproximadamente à 360.6 e 351.1 nm.

Simulação de Monte Carlo: de modelos de spin à teoria de campos na rede

Pós-graduação em Física - IFT

Effects of collimator backscatter in an Elekta linac by Monte Carlo simulation

The effects of radiation backscattered from the secondary collimators into the monitor chamber in an Elekta linac (producing 6 and 10 MV photon beams) are investigated using BEAMnrc Monte Carlo simulations. The degree and effects of this backscattered radiation are assessed by evaluating the changes to the calculated dose in the monitor chamber, and by determining a correction factor for those changes. Additionally, the fluency and energy characteristics of particles entering the monitor chamber from the downstream direction are evaluated by examining BEAMnrc phase-space data. It is shown that the proportion of particles backscattered into the monitor chamber is small (<0.35 %), for all field sizes studied. However, when the backscatter plate is removed from the model linac, these backscattered particles generate a noticeable increase in dose to the monitor chamber (up to approximate to 2.4 % for the 6 MV beam and up to 4.4 % for the 10 MV beam). With its backscatter plate in place, the Elekta linac (operating at 6 and 10 MV) is subject to negligible variation of monitor chamber dose with field size. At these energies, output variations in photon beams produced by the clinical Elekta linear accelerator can be attributed to head scatter alone. Corrections for field-size-dependence of monitor chamber dose are not necessary when running Monte Carlo simulations of the Elekta linac operating at 6 and 10 MV.

Population Monte Carlo Algorithm in High Dimensions

The population Monte Carlo algorithm is an iterative importance sampling scheme for solving static problems. We examine the population Monte Carlo algorithm in a simplified setting, a single step of the general algorithm, and study a fundamental problem that occurs in applying importance sampling to high-dimensional problem. The precision of the computed estimate from the simplified setting is measured by the asymptotic variance of estimate under conditions on the importance function. We demonstrate the exponential growth of the asymptotic variance with the dimension and show that the optimal covariance matrix for the importance function can be estimated in special cases.

A cost-based optimization of a fiberboard pressing plant using Monte-Carlo simulation (a reliability program)

In this research the reliability and availability of fiberboard pressing plant is assessed and a cost-based optimization of the system using the Monte- Carlo simulation method is performed. The woodchip and pulp or engineered wood industry in Australia and around the world is a lucrative industry. One such industry is hardboard. The pressing system is the main system, as it converts the wet pulp to fiberboard. The assessment identified the pressing system has the highest downtime throughout the plant plus it represents the bottleneck in the process. A survey in the late nineties revealed there are over one thousand plants around the world, with the pressing system being a common system among these plants. No work has been done to assess or estimate the reliability of such a pressing system; therefore this assessment can be used for assessing any plant of this type.