Theoretical simulations of nanoconfined water

Abstract

El objetivo de esta tesis es el estudio de las propiedades del agua bidimensional por simulacionescomputacionales. Lo hacemos basándonos en dinámica molecular utilizando potenciales empíricos ycálculos de primeros principios. En la primera parte de la tesis, estudiamos las propiedades intrínsecas delagua exhibidas bajo un confinamiento plano. Encontramos una inusual transición de fase continua,relacionada con el cambio de fase de los oxígenos únicamente, mientras que los hidrógenos mantienen sucomportamiento liquido. El descoplamiento del comportamiento del oxigeno e hidrogeno ocurre ya en elliquido, y por lo tanto, encontramos una región donde el agua se comporta como un fluido monoatómico.En la segunda parte de la tesis estudiamos la respuesta del agua a la imposición de una periodicidad en elconfinamiento. Para ello, proponemos un potencial periódico confinante que emula la oscilación atómicade una interface nos permite variar el parámetro de red y la amplitud de la oscilación. Lo hacemos parauna red triangular con varios valores del parámetro de red: un valor que conmensura con una capa dehielo común y otros tres valores que corresponden a sustratos más realistas. Para el primero, el diagramade fases muestra un crecimiento de la temperatura de congelación, sin embargo, la estructural localtriangular desfavorecida por la modulación se mantiene. El agua obtenida por primeros principios esafectada significativamente. A partir de un valor crítico de la amplitud de la modulación la fase hexatica,presente en el confinamiento plano, se desestabiliza y reemplaza por una nueva fase cristalina. El liquidocon parámetros de red realistas, no muestra cambios de fase, pero muestra una gran inhomogeneidad apesar de que mantiene sus propiedades estructurales y dinámicas.