Dinâmica eletrônica e clássica em sistemas biológicos e nanoestruturados

Dissertação (mestrado) — Rede Nacional em Propriedade Intelectual e Transferência de Tecnologia para a Inovação, Universidade de Brasília, Centro de Apoio ao Desenvolvimento Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Propriedade Intelectual e Transferência de Tecnologia para a Inovação, 2021.A dinâmica de sistemas eletrônicos e clássicos percorrem uma ampla gama dos estudos necessários para sistemas biológicos e nanoestruturados. A compreensão destes com postos e suas topologias se mostram fundamentais na proposição de novos produtos aplicados diretamente no cotidiano, perfazendo o caminho desde telas, células fotovol taicas, fármacos e outros milhares de produtos que ficam sobre responsabilidade da ciência de materiais e os dispositivos a esta ligados. Aqui, simulações computacionais foram realizadas sob a luz de várias metodologias clássicas, semi-clássicas e quânticas. O modelo de Holstein-Peierls é focado no entendimento do transporte de carga em sistemas cristalinos uni e bidimensionais. O modelo Su-Schrieffer-Heeger, por outro lado, é aplicado no entendimento também do transporte de carga, porém em sistemas quase-1D correspondentes a nanofitas baseados em cortes específicos em folhas de grafeno. Em ambos os casos, o transporte ocorre por meio de portadores de carga como pólarons e bipólarons. Em um tratamento clássico, outros diversos sistemas são investigados a partir de mecânica newtoniana, utilizando potenciais reativos onde a formação e quebra de ligações é possível. Esses estudos decorrem em resultados sobre as propriedades térmicas, mecânicas e termomecânicas de estruturas em uma, duas ou três dimensões, além da formação de novas geometrias estruturais em condições iniciais controladas ou, ainda, o impacto de compostos em altas velocidades. A doca gem molecular também é uma metodologia aqui utilizada para estudar o re-propósito de drogas no tratamento de doenças, tendo como estudo de caso a doença infecciosa COVID-19. Por fim, utilizando de teoria do funcional de densidade, os cálculos de primeiros princípios (mecânica quântica) são utilizados para entender a estrutura e o transporte eletrônico de sistemas e suas aplicações. Os softwares utilizados foram LAMMPS, Materials Studio, Siesta, Gaussian, VMD, SWISSDOCK, GNUplot, PLIP, CHIMERA e Avogadro, além de códigos necessários que foram implementados em Fortran e Python. Os resultados produzidos são comparáveis com outros estudos teóricos e experimentais, são conclusivos e apresentados sistematicamente ao longo deste trabalho.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Electronic and classical system dynamics cover a wide range of studies necessary for biological and nanostructured systems. The understanding of these compounds and their topologies are fundamental in the proposition of new products directly applied in everyday life, ranging from screens, photovoltaic cells, pharmaceuticals, and thousands of other products that fall under the responsibility of materials science and its related devices. Here, computational simulations were performed under the light of various classical, semi-classical, and quantum methodologies. The Holstein-Peierls model is focused on understanding charge transport in one- and two-dimensional crystalline systems. The Su-Schrieffer-Heeger model, on the other hand, is applied to the understanding of charge transport as well, but in quasi-1D systems corresponding to nanoribbons based on specific cuts in graphene sheets. In both cases, the transport occurs via charge carriers such as polarons and bipolarons. In a classical treatment, other various systems are investigated from Newtonian mechanics, using reactive potentials where bond formation and bond breaking are possible. These studies yield results on the thermal, mechanical, and thermomechanical properties of structures in one, two, or three dimensions, as well as the formation of new structural geometries under controlled initial conditions, or the impact of compounds at high velocities. Molecular docking is also a methodology used here to study the repurposing of drugs in the treatment of diseases, with the infectious disease COVID-19 as a case study. Finally, using density functional theory, first-principles (quantum mechanics) calculations are used to understand the structure and electronic transport of systems and their applications. The software used was LAMMPS, Materials Studio, Siesta, Gaussian, VMD, SWISSDOCK, GNUplot, PLIP, CHIMERA, and Avogadro, as well as necessary code that was implemented in Fortran and Python. The results produced are comparable with other theoretical and experimental studies, are conclusive, and are presented systematically throughout this work