| A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada |
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| SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE MODELOS DE CRESCIMENTO DE SUPERFÍCIES E INTERFACES |
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Elcivan dos Santos Silva 1
Fabricio Luchesi Forgerini 1
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1. Universidade Federal do Amazonas - ISB/Coari
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| INTRODUÇÃO: |
| A física que estuda os processos termodinâmicos fora do equilíbrio é bastante complexa, sendo estudada somente através de teorias aproximadas e de simulações numéricas assistidas por computador. Com o intuito de desenvolver habilidades técnicas para tratar, em modelos numéricos e simulações computacionais, o crescimento de superfícies e interfaces, utilizou-se a técnica de simulação de Monte Carlo. Modelos de deposição aleatória e deposição aleatória com relaxação superficial foram examinados em redes discretas. Esses modelos descrevem o crescimento de superfícies porosas por meio de processos de eletrodeposição química ou formação rochosa por agregação de partículas. Encontramos grandezas que podem caracterizar uma superfície ou interface, como a rugosidade da superfície e a porosidade, e de que forma essas grandezas variam com tempo. Verificamos a evolução temporal da rugosidade em certos modelos não apresenta regime de saturação. Essa área da física tem grande importância tecnológica, visto que o controle cada vez maior de processos de crescimento de cristais pode levar a produção de dispositivos tecnológicos mais eficientes e precisos. |
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| METODOLOGIA: |
| Iniciou-se este projeto de investigação com o estudo da linguagem de programação científica C++ e dos modelos teóricos mais conhecidos de crescimento de superfícies: deposição aleatória, deposição aleatória com relaxação de superfície e deposição balística. No decorrer dessa atividade, foram estudados os comandos básicos dessa linguagem, bem como desenvolvidas rotinas simples, de modo a tomar contato com a sintaxe dos comandos. Programas que calculam raízes de equações e resultados numéricos de funções são exemplos dos programas desenvolvidos nessa etapa do estudo. Com base neste estudo, criou-se um modelo de deposição aleatória para o crescimento de superfícies. Por meio de simulações computacionais utilizando as técnicas de Monte Carlo, gerou-se um grande número de amostras, onde para cada uma calculamos médias de cerca de 10³ simulações diferentes. Com base nestes dados, determinaram-se alguns parâmetros de caracterização da superfície formada como rugosidade e altura média das superfícies estudadas, determinando por fim seus expoentes de crescimento. |
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| RESULTADOS: |
| Os resultados obtidos pelas simulações realizadas sugerem que no modelo aleatório desenvolvido a rugosidade de superfície não apresenta saturação com o tempo, crescendo indefinidamente. A evolução temporal da rugosidade é caracterizada pelo expoente de crescimento, que nossos resultados sugerem que este expoente é próximo de 0.51, muito próximo ao valor teórico de ½ para o modelo de crescimento aleatório. Como esperado, não há saturação da rugosidade, de forma que o expoente de saturação não é definido. |
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| CONCLUSÃO: |
| Muito progresso foi alcançado nas últimas décadas no estudo da formação de padrões de superfícies e de interfaces devido à deposição de partículas. Buscar o entendimento das leis básicas que regem o comportamento e a dinâmica desses processos fora do equilíbrio, bem como as técnicas computacionais necessárias para seu estudo, tem sido o objeto de investigação de muitos trabalhos atuais. Neste projeto de pesquisa desenvolvemos um modelo de deposição aleatória para o crescimento de superfícies onde nossos resultados (através dos expoentes característicos) corroboram os dados da literatura para a classe de universalidade de modelos com deposição aleatória. |
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| Instituição de Fomento: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM |
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| Palavras-chave: Simulação computacional, Crescimento de Superfícies, Simulações de Monte Carlo. |