Individuazione di sistemi a due livelli in modelli di Tantala amorfa

Glasses and amorphous solids in general can exhibit physical properties very different than those of crystalline materials, even having the same chemical composition. To explain these phenomena a simple theoretical model was proposed more than four decades ago. Based on a double-well potential quantum mechanical model (called a two-level system) it explains many experimentally observed properties, however it does not provide any insight on the physical origin of these two-level systems and it requires some parameters whose values are chosen to reproduce experimental data. The purpose of this thesis, after reviewing the model and its prediction for mechanical dissipation, is to identify two-level systems in realistic models of amorphous Tantala and to estimate the quality factor. Samples of a-Ta2O5 are generated using classical interatomic potentials found in literature, using LAMMPS code. Activation-relaxation teqnique (ARTn) is then applied to find pairs of close structural configurations and the corrisponding potential barrier. These are the physical realisations of the proposed two-level systems, which are then analised in order to compute the quality factor for mechanical dissipation.

I vetri ed in genere i solidi amorfi possono esibire proprietà fisiche molto diverse rispetto a quelle di materiali cristallini persino aventi la stessa composizione chimica. Per spiegare tali fenomeni è stato proposto più di quattro decenni fa un semplice modello teorico basato su una doppia buca di potenziale che prende il nome di sistema a due livelli (two-level system). Anche se non viene fornita alcuna giustificazione riguardo l'origine fisica di tali sistemi a due livelli, il modello riesce a riprodurre diverse curve sperimentali. Purtroppo, il modello ha bisogno di una serie di parametri che vengono semplicemente scelti in maniera da riprodurre i dati osservati. L'obiettivo di questa tesi, dopo aver esposto il modello e le sue predizioni per la dissipazione meccanica, è di individuare i sistemi a due livelli in modelli realistici di Tantala (Ta2O5) amorfa descritta tramite dinamica molecolare, e di usarli per stimare il fattore di qualità. I modelli di a-Ta2O5 vengono creati usando potenziali interatomici classici riportati in letteratura simulando il raffreddamento di un liquido. Viene usato, poi, il metodo di attivazione e rilassamento (ARTn) per trovare coppie di configurazioni strutturali vicine e la corrispondente barriera di potenziale. Queste sono realizzazioni fisiche dei proposti sistemi a due livelli. Infine, vengono analizzate le quantità richieste per poter calcolare a partire dalle configurazioni trovate il fattore di qualità per la dissipazione meccanica.