Calcolo di densità elettroniche ab-initio e sperimentali e loro analisi topologica secondo Bader : metodologie di calcolo ed applicazioni alla chimica-fisica dei minerali

Progetto: Research project

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Gli obiettivi del progetto sono sia metodologici che applicativi. Essi si possono cosi' riassumere:1) ottimizzazione dei protocolli di calcolo della densita' elettronica con i metodi Hartree-Fock+Density Functional per le strutture in esame. Particolare attenzione verra' posta sul metodo di Massimizzazione dell' entropia (MEM), che verra' studiato come un sistema dinamico non lineare. 2) Continueranno ulteriori studi di leverage analysis, relativi a raffinamenti multipolari; 3) miglioramento dei programmi di calcolo dedicati all'analisi topologica di Bader delle densita', specialmente per quanto concerne gli algoritmi di integrazione (per il calcolo delle grandezze energetiche bulk), particolarmente critici per bacini atomici con alta carica. Cio' soprattutto per densità MEM; 4)caratterizzazione delle sostanze esaminate grazie all'analisi topologica, da considerarsi come una sorta di "moderna variabile cristallochimica"; 5)modellizzazione di qualche processo di adsorbimento attraverso il calcolo dell'energia di adsorbimento: ad esempio, adsorbimento di Ca,Ti da parte di uno slab di Al2O3, a formare un protocristallo di hibonite; 6) caratterizzazione topologica secondo Bader di sostanze in condizioni di alta pressione, alta T e in prossimità di transizioni di fase.
Dal punto di vista sperimentale saranno necessarie raccolte di dati di diffrazione sia in laboratorio (CCD) sia -eventualmente- in luce di sincrotrone (attualmente solo raccolte di SiO2 ad alta temperatura sono state effettuate presso l'ESRF di Grenoble). I dati sperimentali saranno utilizzati esclusivamente per il calcolo delle densità MEM. Il resto dell' attivita' di ricerca verra' effettuato mediante simulazioni al calcolatore. In particolare si utilizzera' i) un PC desktop, ii) una workstation XEON, iii) eventuale tempo macchina presso un centro di calcolo per le simulazioni piu' onerose dal punto di vista computazionale.La revisione degli algoritmi di calcolo relativi all'analisi topologica implichera' l'acquisto di compilatori fortran commerciali, e la simulazione MEM implichera' l'acquisto di sofware dedicato a tale tipo di calcolo.
L’introduzione della recente analisi topologica secondo la teoria di Bader [1] ha portato negli studi di densità elettronica uno strumento validissimo utile nella investigazione di alcuni dettagli di “chimica fine” estremamente interessanti ed utili nella spiegazione di certe proprietà del materiale. Le proprietà topologiche della densità elettronica portano alla definizione di legame chimico ed alla valutazione della stabilità strutturale del composto che si sta investigando. La topologia della densità e dei suoi campi di gradiente rappresenta una mappatura dei concetti di atomo, legame e struttura. Inoltre, si tratta dell'unico strumento teorico per localizzare gli eventuali lone pairs del modello di Lewis, ovvero dei punti di massima reattivita' di una struttura. L'analisi della evoluzione dei punti critici di Bader localizzati nella mappa in funzione, per esempio, della composizione chimica in composti isostrutturali o della temperatura nel caso di topologie di mappe dinamiche (per esempio ottenute con il Maximum Entropy Method [2], (quest'ultimo verra' studiato secondo l'approccio della dinamica non-lineare ed i protocolli di raffinamento cristallografico preliminari al calcolo MEM verranno migliorati con l'ausilio della "Leverage analysis") , inquadrata nella "Teoria delle catastrofi" postulata da [3], è in grado di fornire uno strumento assolutamente rigoroso per caratterizzare e monitorare una qualsiasi trasformazione della struttura, basandosi su principi quantomeccanici (come il teorema del viriale o quello di Ehrenfest) che hanno un profondo significato fisico. Accanto alla topologia della densità e delle grandezze derivate (gradiente e laplaciano), va sottolineata la importanza offerta dalle grandezze topologiche integrate, che -per definizione- riconducono a grandezze

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Calcolo di densità elettroniche ab-initio e sperimentali e loro analisi topologica secondo Bader: metodologie di calcolo ed applicazioni alla chimica-fisica dei minerali
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/06 → …

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