Desarrollo de un Código Kinetic Monte Carlo para su Aplicación en Ciencia de Materiales

Abstract

RESUMEN: La creación de nuevos materiales con propiedades mejoradas es un tema de actualidad, y la simulación a escala atómica o molecular es una herramienta útil que permite comprender el origen de ciertas propiedades de dichos materiales y sugerir rutas y métodos para mejorarlas. Sin embargo, surge el problema de trasladar los resultados de la simulación atomística a una escala macroscópica. Métodos como Density Functional Theory (DFT) o Molecular Dynamics (MD) permiten el estudio de los materiales en una escala de tiempo muy pequeña, del orden de femtosegundos y nanosegundos respectivamente, mientras que propiedades como la difusión de iones dentro del material, disolución, o degradación necesitan una escala temporal mucho mayor para ser perceptible. El método de simulación Monte Carlo cinético, Kinetic Monte Carlo (KMC) permite simulaciones en una escala temporal del orden de segundos a partir de las barreras de energía de los procesos involucrados. Por tanto, el objetivo principal de este trabajo es desarrollar un código KMC flexible para su aplicación en el campo de ciencia de materiales.

ABSTRACT: The creation of new materials with improved properties is a present aim, and the simulation in an atomistic or molecular scale is an useful tool which allows to understand the origin of some properties of these materials and to suggest routes and methods to improve them. However, there is a problem in transfer the simulation results to a macroscopic scale. Methods like Density Functional Theory (DFT) or Molecular Dynamics (MD) enable the study of the materials in a very short time scale, in the order of femtoseconds and nanoseconds respectively, while properties like ion diffusion in a material, dissolution, or degradation need a much higher time scale in order to be perceptible. The simulation method of Kinetic Monte Carlo (KMC) enables simulations in a time scale of seconds using energy barriers of the involved processes. So, the main target of this essay is to develop a flexible KMC program for its application in the material science field.