Desarrollo e implementación de algoritmos basados en dinámica molecular para la simulación y análisis de datos de electrodos de superficie circulares para la obtención y comparación de su electrostática

Abstract

Se han desarrollado y aplicado algoritmos basados en dinámica molecular (MD) para simular electrodos de superficies circulares, separados por un gap. Estos algoritmos también incluyen herramientas de análisis de datos para obtener y comparar la electrostática del sistema. Las partículas interactúan a través del potencial eléctrico tipo Coulomb y de interacciones de corto alcance (choques elásticos). Se emplea un ensamble canónico, lo que requiere algoritmos de control de temperatura (termostatos) para ajustar la energía cinética media del sistema y así influir en la temperatura. La evaluación del rendimiento de los algoritmos se realiza comparando los resultados de MD con soluciones analíticas y numéricas obtenidas mediante el método de momentos (MoM).

Se encontró que los termostatos de reescalamiento de velocidades y Andersen presentan dificultades para reproducir la electrostática, debido a problemas como el aumento del momento angular del sistema y la asignación aleatoria de velocidades, que conducen a un comportamiento no realista al minimizar el efecto de las interacciones de largo alcance.

El termostato de Nosé-Hoover puede reproducir la electrostática con ajustes adecuados, pero también sufre del problema de aumento del momento angular, lo que puede generar configuraciones no electrostáticas. Por otro lado, el termostato de Langevin logra recrear satisfactoriamente la electrostática al forzar una distribución adecuada de velocidades y mantener el momento angular promedio cerca de cero, evitando así configuraciones no deseadas.

Las comparaciones con el método de momentos muestran una buena concordancia, especialmente en casos como el gapless. Esto indica una fiabilidad en los algoritmos desarrollados. Además, se exploraron sistemas con un número reducido de partículas, mostrando que, a pesar de efectos de talla finita, la dinámica molecular sigue oscilando alrededor de las soluciones del método de momentos, lo que sugiere su capacidad para reproducir la electrostática de manera confiable en ensambles canónicos de electrodos de superficie circulares.