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METODI DI SIMULAZIONE PER LA SCIENZA DEI MATERIALI

CODICE 108103
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU
  • 4 cfu al 1° anno di 11430 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI (LM SC.MAT.) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE FIS/03
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    PRESENTAZIONE

    Il corso di "Metodi di simulazione per la scienza dei materiali" si colloca al primo anno della laurea specialistica in scienza dei materiali, nel secondo semestre, ed è particolarmente indicato per il profilo "Scienziato dei Materiali: Specialista nella Ricerca".

    Il corso si propone di introdurre due metodi di simulazione, il metodo di Monte Carlo e la dinamica molecolare, utili per lo studio delle proprietà di una vasta gamma di materiali, dal sintetico al biologico. Per entrambi i metodi, verrano prima presentate le basi teoriche fisico-statistiche e poi si passerà ad una fase di esercitazioni attive con utilizzo diretto del computer.

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    OBIETTIVI FORMATIVI

    "Al termine dell’insegnamento lo studente avrà acquisito le conoscenze teoriche di base e le capacità di applicazione delle stesse necessarie per la modellizzazione e la simulazione di materiali e fenomeni fisici alla nanoscala. In particolare, lo studente sarà in grado di comprendere, utilizzare ed adattare codici di simulazione, basati su metodi di Monte Carlo e dinamica molecolare, per l’investigazione delle proprietà strutturali, termodinamiche e cinetiche di svariati materiali, sintetici e biologici, che includono sistemi polimerici, nanoparticelle metalliche e membrane lipidiche."

    OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

    Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere le basi fisico/statistiche dei metodi computazionali trattati nel corso (distribuzione di Boltzmann, ergodicità, principi della dinamica molecolare in diversi insiemi statistici).

    Lo studente dovrà inoltre essere in grado di applicare queste conoscenze utilizzando codici di dinamica molecolare e Monte Carlo per simulare svariati tipi di materiali (sintetici e biologici).

    Entrambi questi obiettivi sono adatti al profilo professionale "Scienziato dei Materiali: Specialista nella Ricerca".

    MODALITA' DIDATTICHE

    Lezioni frontali (per l'introduzione teorica dei metodi computazionali trattati).

    Esercitazioni pratiche al computer.

    PROGRAMMA/CONTENUTO

    Il corso sarà diviso in due parti, con la prima dedicata ai metodi di Monte Carlo e la seconda dedicata alla dinamica molecolare. Entrambe le parti conterranno una introduzione teorica, necessaria per l'acquisizione delle conoscenze fisico-statistiche di base, e una sezione pratica di esercitazioni al computer, durante la quale gli studenti applicheranno le conoscenze acquisite utilizzando, e quando necessario modificando, diversi codici di simulazione.


    Parte 1: Monte Carlo
    - Elementi di probabilità (~2 ore).
    - Elementi di meccanica statistica: la distribuzione di Boltzmann (~2 ore).
    - Monte Carlo (con importance sampling) e Monte Carlo cinetico (~4 ore).
    - Esercitazioni al computer (~ 8 ore). Esempi possibili di applicazione: magnetizzazione in un ferromagnete bidimensionale, transizione ordine-disordine in un gas reticolare, crescita di un cristallo in due dimensioni.


    Parte 2: dinamica molecolare
    - Principi della dinamica molecolare (~2 ore).
    - Dinamica molecolare a energia costante (~3 ore).
    - Dinamica molecolare a temperatura costante (~3 ore).
    - Esercitazioni al computer (~8 ore). Esempi possibili di applicazione: sistemi polimerici, nanoparticelle metalliche (funzionalizzate e non), membrane lipidiche.

    TESTI/BIBLIOGRAFIA

    Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications - Daan Frenkel, Berend Smit - ELSEVIER, 2nd Edition

    DOCENTI E COMMISSIONI

    Commissione d'esame

    DAVIDE BOCHICCHIO (Presidente)

    LEZIONI

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    Esame orale basato sulla presentazione di un lavoro di simulazione realizzato dallo studente stesso.

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    La capacità di utilizzo e adattamento dei metodi computazionali insegnati verrà valutata dallla presentazione di una attività svolta dallo studente, a cui verrà richiesto di ripetere una delle esercitazioni viste a lezione inserendo piccoli cambiamenti nel sistema/materiale simulato.

    Dopo la presentazione della simulazione effettuata dallo studente, verrà fatta una domanda sulla parte teorica per verificarne la conoscenza.