Diagrama de fases de modelos sencillos de partículas con una corona blanda

Trabajo de Máster Universitario en Simulación Molecular (2024/25). Directora: Dra. Eva González Noya. El presente trabajo presenta el estudio detallado de variante continua de un modelo de partículas con núcleo duro y corona blanda, basado en un potencial Square-Shoulder (SS). Este potencial se implementó en simulaciones de dinámica molecular utilizando LAMMPS, con el fin de analizar las propiedades termodinámicas y estructurales en un extenso rango de temperaturas y densidades (T* = 0.4 – 1.0, ρ* = 0.05 – 0.95). La evaluación del desempeño de este modelo se hizo mediante el cálculo y la comparación del factor de compresibilidad Z con los valores reportados por Heyes et al. (1991), demostrando una notable concordancia al utilizar valores elevados de los parámetros (k = 100, n = 100). El análisis de las propiedades como la energía, la presión y funciones de distribución radial g(r*) medidas durante el enfriamiento a lo largo de las isócoras permitió identificar posibles transiciones de fase. Los resultados mostraron que a densidades superiores o iguales a 0.85 unidades reducidas el fluido sufre una transición a estructuras ordenadas donde se aprecian patrones poligonales similares a los que aparecen en un cristal aperiódico decagonal, mientras que el sistema permanece en el estado fluido en todo el intervalo de temperatura estudiado (T* = 0.4-1.0) a densidades menores que 0.80 unidades reducidas. Además, el coeficiente de difusión D*, obtenido a partir de la media cuadrática de desplazamiento (MSD), corroboró la restricción de la movilidad bajo esas mismas condiciones, lo cual es compatible con una transición hacia estados sólidos.

This text presents a detailed study of a continuous variant of a hard core-soft shell particle model based on a Square-Shoulder (SS) potential. The function was implemented in molecular dynamics simulations using LAMMPS in order to analyze the thermodynamic and structural properties over a wide range of temperatures and densities (T* = 0.4 – 1.0, ρ* = 0.05 – 0.95). The performance of this model was evaluated by calculating and comparing the compressibility factor with the values reported by Heyes et al. (1991), confirming remarkable agreement when using high parameter values (k = 100, n = 100). The analysis of properties such as energy, pressure, and radial distribution g(r*) functions allowed the identification of possible phase transitions. The results showed that at densities greater than or equal to 0.85, configurations with local order and polygonal patterns were observed. In addition, the diffusion coefficient, obtained from the mean square displacement (MSD), corroborated the restriction of mobility under these same conditions, which is consistent with a transition to solid states.