Density functional energy decomposition into one- and two-atom contributions

The present work provides a generalization of Mayer's energy decomposition for the density-functional theory (DFT) case. It is shown that one- and two-atom Hartree-Fock energy components in Mayer's approach can be represented as an action of a one-atom potential VA on a one-atom density ρ A or ρ B. To treat the exchange-correlation term in the DFT energy expression in a similar way, the exchange-correlation energy density per electron is expanded into a linear combination of basis functions. Calculations carried out for a number of density functionals demonstrate that the DFT and Hartree-Fock two-atom energies agree to a reasonable extent with each other. The two-atom energies for strong covalent bonds are within the range of typical bond dissociation energies and are therefore a convenient computational tool for assessment of individual bond strength in polyatomic molecules. For nonspecific nonbonding interactions, the two-atom energies are low. They can be either repulsive or slightly attractive, but the DFT results more frequently yield small attractive values compared to the Hartree-Fock case. The hydrogen bond in the water dimer is calculated to be between the strong covalent and nonbonding interactions on the energy scale

Wave functions for the methane molecule

If the potential field due to the nuclei in the methane molecule is expanded in terms of a set of spherical harmonics about the carbon nucleus, only the terms involving s, f, and higher harmonic functions differ from zero in the equilibrium configuration. Wave functions have been calculated for the equilibrium configuration, first including only the spherically symmetric s term in the potential, and secondly including both the s and the f terms. In the first calculation the complete Hartree-Fock S.C.F. wave functions were determined; in the second calculation a variation method was used to determine the best form of the wave function involving f harmonics. The resulting wave functions and electron density functions are presented and discussed

OSCILLATOR STRENGTHS AND LIFETIMES FOR THE P XII

Semi-empirical weighted oscillator strengths (gf) and lifetimes presented in this work for all experimentally known electric dipole P XII spectral lines and energy levels were computed within a multiconfiguration Hartree-Fock relativistic approach. In this calculation, the electrostatic parameters were optimized by a least-squares procedure in order to improve the adjustment to experimental energy levels. The method produces lifetime and gf values that are in agreement with intensity observations used for the interpretation of spectrograms of solar and laboratory plasmas.

Experimental and theoretical investigation of molecular structure and conformation of the 4-isopropylthioxanthone

In this study, the molecular structure and conformational analyses of the 4-isopropylthioxanthone (4-ITX) are reported according to experimental and theoretical results. The compound crystallizes in the centrosymmetric P (1) over bar space group with only one molecule in the asymmetric unit, presenting the most stable conformation, in which the three fused-rings adopt a planar geometry, and the isopropyl group assumes a torsional angle with less sterical hindrance. The structural and conformational analyses were performed using theoretical calculations such as Hartree-Fock (HF), DFT method in combination with 6-311G(d,p) and 6-31++G(d,p) and the results were compared with infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray diffraction (XRD). The supramolecular assembly of 4-ITX is kept by non-classical C-H center dot center dot center dot O hydrogen bonds and weak interactions such as pi-pi stacking. 4-ITX was also studied by (1)H and (13)C NMR spectroscopy. UV-Vis absorption spectroscopic properties of the 4-ITX showed the long-wavelength maximum shifts towards high energy when the solvent polarity increases. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Propriedades física de molécilas orgânicas e compostos do tipo perovskita CdSiO3 e CaPbO3

In the first part of this work our concern was to investigate the thermal effects in organic crystals using the theory of the polarons. To analyse such effect, we used the Fröhlich s Hamiltonian, that describes the dynamics of the polarons, using a treatment based on the quantum mechanics, to elucidate the electron-phonon interaction. Many are the forms to analyzing the polaronic phenomenon. However, the measure of the dielectric function can supply important information about the small polarons hopping process. Besides, the dielectric function measures the answer to an applied external electric field, and it is an important tool for the understanding of the many-body effects in the normal state of a polaronic system. We calculate the dielectric function and its dependence on temperature using the Hartree-Fock decoupling method. The dieletric function s dependence on the temperature is depicted by through a 3D graph. We also analyzed the so called Arrhenius resistivity, as a functionof the temperature, which is an important tool to characterize the conductivity of an organic molecule. In the second part we analyzed two perovskita type crystalline oxides, namely the cadmium silicate triclinic (CdSiO3) and the calcium plumbate orthorhombic (CaPbO3), respectively. These materials are normally denominated ABO3 and they have been especially investigated for displaying ferroelectric, piezoelectric, dielectrics, semiconductors and superconductors properties. We found our results through ab initio method within the functional density theory (DFT) in the GGA-PBE and LDA-CAPZ approximations. After the geometry optimization for the two structure using the in two approximations, we found the structure parameters and compared them with the experimental data. We still determined further the angles of connection for the two analyzed cases. Soon after the convergence of the energy, we determined their band structures, fundamental information to characterize the nature of the material, as well as their dielectrics functions, optical absorption, partial density of states and effective masses of electrons and holes

Estudo da adsorção de hidrogênio e sulfeto na superfície de paládio: aspectos experimentais (eletroquímica) e teóricos (ab initio e Teoria do Funcional da Densidade)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Giant monopole resonance and nuclear compression modulus for Ca-40 and O-16

Using a collective potential derived previously on the basis of the generator coordinate method with Skyrme interactions, we obtain values for the compression modulus of Ca-40 which are in good agreement with a recently obtained experimental value. Calculated values for the compression modulus for O-16 are also given. The procedure involved in the derivation of the collective potential is briefly reviewed and discussed.

Many-body theory for systems of composite hadrons

Many-body systems of composite hadrons are characterized by processes that involve the simultaneous presence of hadrons and their constituents. We briefly review several methods that have been devised to study such systems and present a novel method that is based on the ideas of mapping between physical and ideal Fock spaces. The method, known as the Fock-Tani representation, was invented years ago in the context of atomic physics problems and was recently extended to hadronic physics. Starting with the Fock-space representation of single-hadron states, a change of representation is implemented by a unitary transformation such that composites are redescribed by elementary Bose and Fermi field operators in an extended Fock space. When the unitary transformation is applied to the microscopic quark Hamiltonian, effective, Hermitian Hamiltonians with a clear physical interpretation are obtained. The use of the method in connection with the linked-cluster formalism to describe short-range correlations and quark deconfinement effects in nuclear matter is discussed. As an application of the method, an effective nucleon-nucleon interaction is derived from a constituent quark model and used to obtain the equation of state of nuclear matter in the Hartree-Fock approximation.

Estudo da série iso-eletrônica do átomo de hélio pelo método hiperesférico

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Experimental and theoretical aspects of the stabilization of zirconia.

Using the Rietveld method, phases of ceria-doped zirconia, calcined at temperatures of 600 and 900 degrees C, were quantitatively analysed for different concentrations of ceria. The results show that the stabilization of zirconia depends on the dopant concentration and calcination temperature. Moreover, the theoretical calculation using the ab initio Hartree-Fock-Roothaan method indicates that the most stable phases for ceria-stabilized zirconia are cubic or tetragonal, in accordance with experimental results. (C) 1999 Kluwer Academic Publishers.

Shape controlled synthesis of CaMoO4 thin films and their photoluminescence property

CaMoO4 (CMO) disordered and ordered thin films were prepared by the complex polymerization method (CPM). The films were annealed at different temperatures and time in a conventional resistive furnace (RF) and in a microwave (MW) oven. The microstructure and surface morphology of the structure were monitored by atomic force microscopy (AFM) and high-resolution scanning electron microscopy (HRSEM). Order and disorder were characterized by X-ray diffraction (XRD) and optical reflectance. A strong photoluminescence (PL) emission was observed in the disordered thin films and was attributed to complex cluster vacancies. The experimental results were compared with density functional and Hartree-Fock calculations. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Obtenção das distribuições de carga/massa e momentos no 'INTPOT. 4 HE' com o método de coordenadas geradoras

Pós-graduação em Física - IFT

Simulação de transporte eletrônico em dispositivos unimoleculares baseados em indicadores de pH

Nas últimas décadas, diversos pesquisadores têm tentado empregar moléculas em dispositivos eletrônicos de nanoescala. Por este motivo, diferentes parâmetros eletro/ópticos, que regem o transporte eletrônico em moléculas orgânicas, precisam ser analisados. Neste trabalho foi desenvolvido um estudo de transporte de carga para o composto Vermelho de Propila, popularmente utilizado como indicador de pH. A motivação para estudá-lo resulta de sua estrutura constituída por subunidades doadora-aceitadora, acopladas via grupo azo (N=N), uma característica bem conhecida em retificadores moleculares. A metodologia utilizada para tratar o sistema em equilíbrio é baseada em métodos de Mecânica Molecular e Hartree-Fock. Sendo que, para simular o sistema em não-equilíbrio, foi empregado o formalismo de Landauer-Büttiker. Através desses métodos, as curvas características do sistema molecular foram traçadas e comparadas. O resultado da comparação permitiu explicar os fenômenos que regem o transporte eletrônico na nanoestrutura. Além disso, foram analisados os efeitos de contatos metálicos, ligados a molécula na presença de campo elétrico externo.

Investigação da transição isolante-metal do CDM via algoritmos computacionais e estudo de nano-dispositivos orgânicos

Apresentamos neste trabalho um estudo teórico sobre polímeros orgânicos conjugados. É conhecido que estes sistemas, em geral semicondutores ou isolantes, sob dopagem química podem vir a adquirir propriedades elétricas de material condutor. E ainda, sob ação de campo elétrico, pequenos oligômeros podem apresentar comportamento equivalente ao de dispositivos usuais, mas com inúmeras vantagens como, por exemplo, tamanho extremamente reduzido (alguns nanômetros). Dessa forma no primeiro capítulo faremos uma breve introdução sobre polímeros orgânicos conjugados mostrando alguns resultados experimentais obtidos para o polímero 4-dicianometileno-4,4-ciclopenta [2,1-b: 3,4b’] ditiofeno – CDM, que é o objeto central de estudo desta dissertação. O capítulo 2 trata dos métodos quânticos utilizados. Citaremos a Teoria de Hartre-Fock (HF) e suas derivações semi-empíricas. A técnica de Interação de configuração (CI) e a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) também serão tratadas neste capítulo. O capítulo 3 é dedicado a descrever as características de alguns dispositivos usuais como diodos e transistores. Aqui o fundamental é entender a composição, o funcionamento e principalmente, como se comportam suas curvas características corrente versus voltagem (IxV). Citaremos ainda alguns dispositivos eletrônicos extremamente pequenos. No capítulo 4 começa nossos resultados e discussões referentes a análise da transição isolante-metal em CDM sob ação de dopagem. Primeiramente a nível semiempírico, obtivemos a caracterização ótica de oligômeros de CDM neutro e na presença de defeitos conformacionais do tipo bipólarons negativo e positivo. Partindo de geometrias otimizadas via métodos AM1 e PM3 obtivemos o espectro de absorção para sistemas com e sem carga. A nível Hartree-Fock calculamos a Estrutura de Bandas e a Densidade de Estados (DOS) para o PCDM no estado neutro e dopado. O cálculo da DOS e da Dispersão foram realizados através de programas computacionais desenvolvidos aqui no Grupo de Física de Materiais da Amazônia (GFMA). Apresentamos ainda neste capítulo o espectro de absorção teórico para oligômeros de CDM com diversas configurações com geometrias totalmente otimizadas pelo DFT. No capítulo 5 temos os resultados relativos à análise de nanodispositivos baseados em tetrâmeros de CDM com e sem carga. As curvas do deslocamento de carga versus voltagem apresentam características de curvas de dispositivos usuais. Analisamos também o espectro de absorção teórico dos nanodispositivos para valores de tensão nula e em pontos de saturação de corrente nas regiões direta e reversa.

Transporte eletrônico e quiralidade molecular: um estudo de dispositivos orgânicos em sistemas de dois terminais

No presente trabalho, investigamos o transporte eletrônico molecular em dois compostos orgânicos, o Ponceau SS (PSS) e o Oligo-(para)fenileno-vinileno (PPV) através de cálculos ab initio e função de Green de não equilíbrio (FGNE). Estes métodos demonstraram equivalência para a descrição destes dispositivos moleculares. Fizemos cálculos quânticos para o Hamiltoniano derivado de Hartree-Fock (HF) e obtivemos as propriedades de corrente-voltagem (I-V) para as duas estruturas moleculares. Com o método FGNE conseguimos modelar o transporte através de um sistema de multiníveis eletrônicos obtendo a corrente descrevendo as regiões de ressonância e a assimetria do sistema. Como resposta o PSS demonstrou assimetria para polarizações direta e reversa e a ressonância é alcançada mostrando que o dispositivo opere como um transistor molecular bi-direcional. Para o PPV investigamos também as propriedades geométricas através da conexão entre transporte eletrônico e o grau de quiralidade molecular que foi calculado usando o índice quiral que depende apenas das posições atômicas. Obtivemos que moléculas quirais e propriedades estruturais podem induzir uma assimetria no transporte eletrônico, resultando num processo de retificação. Também obtivemos que a resposta elétrica (I-V) e momento de dipolo elétrico são proporcionais ao grau de quiralidade molecular. Estes resultados sugerem que o transporte eletrônico neste sistema pode ser explorado na avaliação do seu grau de quiralidade.