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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
SCIENZA DEI MATERIALI
Insegnamento
METODI COMPUTAZIONALI IN SCIENZA DEI MATERIALI
SC01122974, A.A. 2017/18

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2017/18

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
SCIENZA DEI MATERIALI
SC1174, ordinamento 2015/16, A.A. 2017/18
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Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese COMPUTATIONAL METHODS IN MATERIAL SCIENCE
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Scienze Chimiche
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA

Docenti
Responsabile FRANCESCO ANCILOTTO FIS/03
Altri docenti ALBERTA FERRARINI CHIM/02

Mutuazioni
Codice Insegnamento Responsabile Corso
INP5070468 COMPUTATIONAL METHODS FOR MATERIALS SCIENCE FRANCESCO ANCILOTTO IN2191
SCP7081717 COMPUTATIONAL METHODS IN MATERIAL SCIENCE FRANCESCO ANCILOTTO SC2382

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative CHIM/02 3.0
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/03 3.0

Modalità di erogazione
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Organizzazione della didattica
Tipo ore Crediti Ore di
Corso
Ore Studio
Individuale
Turni
LEZIONE 6.0 48 102.0 Nessun turno

Calendario
Inizio attività didattiche 26/02/2018
Fine attività didattiche 01/06/2018

Syllabus
Prerequisiti: Fisica quantistica e dello stato solido, chimica fisica. Non sono richieste conoscenze di programmazione.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Il corso si propone di fornire agli studenti le basi per la comprensione dei metodi computazionali usati nell'ambito della scienza dei materiali. Questo permettera' allo studente:
- di comprendere come i metodi computazionali possano essere usati per capire e predire il comportamento dei materiali e la relazione tra le proprietà macroscopiche e la struttura microscopica della materia;
- di riconoscere le tecniche numeriche adatte per le diverse scale spaziali e temporali;
- di valutare le assunzioni e delle approssimazioni che stanno alla base delle diverse tecniche di calcolo.

Alla fine del corso lo studente sara' in grado di giudicare in maniera critica potenzialita' e limiti dei metodi computazionali usati per lo studio dei materiali e di valutare la qualità delle simulazioni riportate in letteratura. Inoltre avrà raggiunto una maggiore comprensione dell'origine microscopica del comportamento fisico della materia. Infine avra' acquisito le nozioni di base per l'impiego di alcuni comuni pacchetti di calcolo.
Modalita' di esame: Esame orale in cui lo studente discuterà un elaborato scritto, nel quale vengono riportati i risultati di semplici simulazioni numeriche.
Criteri di valutazione: Comprensione dei principali concetti che stanno alla base di metodi per la simulazione numerica di proprieta' della materia condensata. Capacita' di interpretare e presentare i risultati di simulazioni fatte al calcolatore.
Contenuti: Richiami di termodinamica e meccanica statistica classica.

Simulazioni di Dinamica Molecolare classica; integrazione numerica delle equazioni di Newton.
Metodi Monte-Carlo; algoritmo di Metropolis. Simulazioni in diversi ensemble statistici.
Aspetti comuni dei metodi di simulazione: condizioni iniziali e condizioni al contorno; calcolo delle interazioni tra particelle.
Calcolo di grandezze termodinamiche e di proprietà di trasporto.
Interazioni intermolecolari; campi di forze (force fields); modelli atomistici e 'coarse grained'.

Metodi variazionali per la soluzione di equazioni di Schrodinger.
Teoria di Hartree e Hartree-Fock.
Elementi di Teoria del Funzionale Densita' (DFT).
Simulazioni "da principi primi".

I diversi metodi verranno discussi in relazione ad applicazioni a problemi di interesse per la scienza dei materiali (cristalli, superfici, soft matter, materiali naostrutturati).
Il corso e' integrato da esercitazioni al calcolatore.

Nelle esercitazioni lo studente effettuera' semplici simulazioni usando pacchetti di calcolo impeganti nell'ambito dello studio dei materiali, e imparera' a interpretare e a presentare i risultati.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Il corso verra' tenuto dal prof. Francesco Ancilotto e dalla prof. Alberta Ferrarini.
Il corso prevede lezioni d'aula ed esercitazioni al calcolatore.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Materiale didattico verra' fornito dai docenti.
Testi di riferimento:
  • M. P. Allen, D. .J. Tildesley, Computer simulation of liquids. Oxford: Oxford University Press, 1987. Cerca nel catalogo
  • D. Frenkel, B. Smit, Understanding Molecular Simulations, 2nd edition. San Diego: Academic Press, 2002. Cerca nel catalogo
  • R. LeSar, Introduction to Computational Materials Science. Cambridge: Cambridge University Press, 2013. Cerca nel catalogo