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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
MATHEMATICAL ENGINEERING - INGEGNERIA MATEMATICA
Insegnamento
COMPUTATIONAL METHODS FOR MATERIALS SCIENCE
INP5070468, A.A. 2018/19

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

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
MATHEMATICAL ENGINEERING - INGEGNERIA MATEMATICA
IN2191, ordinamento 2017/18, A.A. 2018/19
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Curriculum MATHEMATICAL MODELLING FOR ENGINEERING AND SCIENCE [001PD]
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese COMPUTATIONAL METHODS FOR MATERIALS SCIENCE
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale (ICEA)
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

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

Mutuante
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
SC01122974 METODI COMPUTAZIONALI IN SCIENZA DEI MATERIALI FRANCESCO ANCILOTTO SC1174

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Discipline matematiche, fisiche e informatiche FIS/03 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 25/02/2019
Fine attività didattiche 14/06/2019
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2018/19 Ord.2017

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
1 a.a. 2018/19 20/01/2014 30/11/2019 ANCILOTTO FRANCESCO (Presidente)
FERRARINI ALBERTA (Membro Effettivo)

Syllabus
Prerequisiti: Elementi di fisica quantistica e di fisica dello stato solido.
Concetti di base di termodinamica: principi, potenziali termodinamici.
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 elaborati scritti in cui vengono riportati i risultati di tre simulazioni numeriche (calcoli Monte Carlo, di Dinamica Molecolare e DFT).
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 open-source che vengono correntemente usati per lo studio dei materiali, e imparera' a interpretare e a presentare i risultati delle simulazioni.
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 in aula informatica.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Dispense e copie di diapositive foriniti dai docenti. Il materiale didattico verra' messo a disposizione nel sito web dei docenti.
Ulteriore materiale di approfondimento (articoli di tipo generale o su argomenti specifici, manuali d'uso dei programmi di calcolo, ..) verranno condivisi in dropbox.
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

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Laboratory
  • Problem based learning
  • Working in group
  • Questioning
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)
  • dropbox

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Istruzione di qualita' Uguaglianza di genere Industria, innovazione e infrastrutture Ridurre le disuguaglianze