Teoría de Nanoestructuras Magnéticas de Metales de Transición

El estudio de las nanoestructuras magnéticas de metales de transición impacta de manera importante, tanto en la nanociencia como en la tecnología. Fenómenos que involucran muchos cuerpos, como el magnetismo, son particularmente interesantes en este contexto ya que, debido a su naturaleza cuántica y relativista, son muy sensitivos al entorno local, químico y a la temperatura. Debido a ello, el entendimiento microscópico que gobierna las propiedades de los nanomagnetos constituye un paso fundamental hacia el diseño cuántico de nuevos materiales magnéticos. En esta plática presentaré un panorama general del magnetismo y discutiré su importancia tomando como ejemplos representativos algunos problemas de frontera que tienen un interés básico o tecnológico. En particular, me centraré en el fenómeno de inversión de la magnetización, la manipulación y control de la energía de anisotropía magnética (MAE) por campos externos y en los efectos de la temperatura en las nanoestructuras. Los temas abordados serán discutidos desde la perspectiva de la Física teórica. Finalmente, comentaré algunos de los problemas que constituyen actualmente un reto en el conocimiento fundamental del magnetismo.

Modulación de la superconductividad en hidruros metálicos mediante presión aplicada y dopaje electrónico

Los hidruros metálicos han sido recientemente el objeto de una intensa investigación (experimental y de modelaje computacional) por que representan el camino para la superconductividad de alta temperatura crítica ($T_c$). Sin embargo, para lograrlo, se requiere de mantener el sistema bajo altos valores de presión aplicada, como por ejemplo el LaH$_{10}$, el cual reporta experimentalmente una $T_c=250~$K a una presión de aproximadamente $170~$GPa [1]. En este estudio presentamos el dopaje electrónico como una alternativa para lograr llevar a los hidruros metálicos al estado superconductor, pero a valores de presión aplicada más bajos, incrementando a su vez el valor de $T_c$. Lo anterior se lleva a cabo mediante el modelaje de las soluciones sólidas Y$_{1-x}$M$_x$H$_3$ (M=Sr,Zr) y Sc$_{1-x}$M$_x$H$_3$ (M=Ca,Ti), aplicando métodos basados en la teoría del funcional de la densidad y la de Migdal-Eliashberg. Se encontró que las soluciones sólidas mejoraron sus propiedades superconductoras, mediante la adición de huecos al sistema (M=Ca,Sr), a valores de presión menores en comparación con los sistemas prístinos. Por el contrario, la adición de electrones (M=Ti,Zr) no favoreció a la superconductividad, independientemente del rango de presión aplicada. Del análisis realizado en la parte fonónica y la estructura electrónica, se concluye que para poder mejorar las propiedades superconductoras, es necesario modular la dinámica de red mediante mecanismos alternos a la presión, como es el caso del dopaje electrónico. [1] A.P. Drozdov et al., Nature 569, 528 (2019). Este trabajo ha sido apoyado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) bajo el proyecto FOP16-2021-01-320399.

Cristales magnónicos: diseño y realización experimental

Los cristales magnónicos (CM) se han destacado como elementos no solo en el estudio de la dinámica de magnetización, sino también en el desarrollo de aplicaciones emergentes en el campo de la ingeniería de señales en frecuencias de microondas. Su capacidad para exhibir características de dispersión radicalmente distintas con respecto a los medios no estructurados, da la posibilidad de potenciales aplicaciones, incluidas las líneas de retardo, los filtros de microondas, los transistores de magnones y los sensores magnónicos de alto rendimiento, por nombrar algunos. Dependiendo de la aplicación final y el rendimiento deseado, los CM se pueden implementar a partir de diferentes técnicas que incluyen grabado químico, implantación de iones, deposición de metales o cualquier otro método que pueda influir en la variación periódica de algún parámetro. En este trabajo se muestra un estudio detallado de la propagación de ondas de espín en estructuras unidimensionales periódicas y con defectos. Se presentan resultados teóricos y experimentales de CM fabricados por diferentes procesos y con distintas características, y se demuestra la capacidad de estos dispositivos para controlar la propagación de ondas de espín. La detección experimental de las ondas de espín se lleva a cabo utilizando un par de antenas de microondas y un analizador de redes vectoriales, además de un sistema de sondeo magneto-inductivo resuelto en el espacio y el tiempo para detallar las características espectrales, de propagación y evolución de la onda de espín en los CM. Las simulaciones teóricas se llevan a cabo utilizando modelos simples basados en la teoría de la línea de transmisión de microondas y considerando las características propias de cada estructura. Finalmente, se muestra que las predicciones teóricas de los espectros de transmisión están en buen acuerdo con las mediciones experimentales.

Materiales bidimensionales y heteroestructuras de van der Waals como plataformas para el desarrollo de sensores y fotocatalizadores

Los materiales bidimensionales (2D) son estructuras planas con espesor de uno o pocos átomos. Entre sus propiedades más importantes se encuentran: una gran área superficial, alta transferencia de carga, resistencia mecánica y propiedades electrónicas controlables. Los materiales 2D se obtienen a partir de la exfoliación de cristales macroscópicos por métodos fisicoquímicos o a través de la síntesis controlada a nivel atómico. Las heterostructuras de van der Waals están formadas por diferentes capas de materiales 2D, lo cual, en principio, permite diseñar sus propiedades fisicoquímicas. En esta plática abordaremos las propiedades más importantes de los materiales 2D y las heteroestructuras de van der Waals, su producción y su aplicación en el desarrollo de sensores y fotocatalizadores.

Mejoramiento de los parámetros de rendimiento de un biosensor óptico SPR basado en estructuras bimetal-material 2D

En las últimas décadas, el estudio de biosensores ópticos basados en resonancia de plasmón superficial (SPR), ha tomado gran relevancia debido a su gran variedad de aplicaciones en diversos campos. En el campo biomédico, los biosensores pueden detectar células de cáncer, hibridación de ADN e incluso la reciente detección del SARS-CoV-2. En el campo de biosensado, los biosensores son usados para detectar biomoléculas, debido a que este tipo de biosensores tienen alta sensibilidad y facilitan el estudio y análisis del analito en tiempo real. Uno de los problemas principales que presentan este tipo de biosensores es que, al mejorar algún parámetro de desempeño en específico, otro parámetro se ve afectado. En este trabajo, realizamos un estudio teórico de un sensor óptico SPR basado en estructuras de diferentes combinaciones de bimetal-material 2D. Los metales utilizados fueron oro y plata y como material 2D se usó grafeno. Encontramos que el valor de los parámetros de desempeño es ampliamente incrementado para cuando usamos una estructura oro-plata como bimetal y grafeno como material 2D. Lo anterior se debe a que el oro como metal, nos aporta una alta sensibilidad debido al gran corrimiento del espectro que se produce al detectar el analito, mientras que en el caso de la plata obtenemos una alta exactitud de detección y un alto factor de calidad debido a que la plata tiene un espectro de resonancia agudo; mientras que el grafeno contribuye a mejorar la sensibilidad, debido a que este tiene una gran área superficial y capacidad de absorción grande. La combinación de otros metales y materiales 2D nos permite modular el comportamiento de los diferentes parámetros de desempeño del biosensor y además de mostrar diferentes formas de línea en ellos.

Germanio poroso dopado como potencial sensor ambiental: una investigación DFT

Más del 90% de las personas en todo el mundo respira aire contaminado y causa alrededor de 6,1 millones de muertes prematuras al año. Por lo tanto, el control de la contaminación del aire requiere el estudio de materiales capaces de detectar agentes contaminantes. Los materiales porosos son atractivos para aplicaciones de detección debido a su gran área de superficie interna, red de poros abiertos e índice de refracción ampliamente ajustable. El germanio (Ge), como material semiconductor típico, se ha utilizado en la industria microelectrónica y la nanoelectrónica. En particular, el germanio poroso (pGe) tiene las características de buena permeabilidad a los gases, fácil degradación y bajo costo. En este trabajo, estudiamos los efectos del pGe dopada en la adsorción de CO y NO, y comparamos estos resultados con los obtenidos con el pGe prístino. Para comprender la interacción entre pGe y moléculas tóxicas, se calculó la energía de adsorción (EA) y la distancia de enlace entre las moléculas y el pGe dopada. El mayor EA entre todos los casos estudiados corresponde a la molécula de NO enlazada por N para el sistema prístino y la molécula de CO enlazada por C para el pGe dopado con B, presentando valores de energía de 1.41 eV y 1.99 eV, respectivamente. Además, estas moléculas tienen la distancia de enlace más pequeña entre su átomo de O y C y el átomo de Ge más cercano a la superficie del nanoporo, siendo 2.15 Å para el caso prístino y 1.4 Å para el caso dopado con B. Después de comparar los resultados de las energías de adsorción y las distancias de enlace, los resultados numéricos para pGe dopado con B tienen magnitudes mayores de EA, lo que indica que la modificación química en la capa superficial de Ge afecta de manera significativa la fuerza de adsorción de las moléculas. Creemos que este estudio puede ayudar a desarrollar futuras investigaciones experimentales y teóricas en los campos de la ingeniería electrónica y la protección y monitoreo del medio ambiente.

Avances en la preparación de películas delgadas basadas bismuto y sus aplicaciones

El bismuto y sus compuestos tienen un gran potencial de aplicaciones. En fotocatálisis, los semiconductores basados en bismuto presentan brechas ópticas dentro del intervalo del visible que los hace ideales para procesos de producción de hidrógeno como vector energético, la eliminación de contaminantes y la síntesis orgánica. Su síntesis en forma de películas delgadas es atractiva ya que resuelve el gran dilema de la recuperación de los polvos fotocatalíticos durante su aplicación práctica. Además, las películas de bismuto han demostrado ser una alternativa viable para sustituir los electrodos de mercurio en la determinación de iones de metales pesados en agua, es decir, como electrodos para sensores electroquímicos. El presente trabajo resume los logros alcanzados dentro del grupo PLASNAMAT del instituto de Investigaciones en materiales de la UNAM en la síntesis, caracterización y evaluación de películas delgadas de bismuto y sus compuestos: La evaluación del crecimiento de películas de bismuto y su evaluación como sensores electro-analíticos, así como estrategias para mejorar el límite de detección a través de aumentar el área superficial.

Transiciones de fase estructural inducidas por presión hisdrostática en Zn$_2$SiO$_4$

En este trabajo presentamos las propiedades electrónicas y estructurales del Zn$_2$SiO$_4$. La energía total como función del volumen de la celda se calculó asumiendo once estructuras cristalinas hipotéticas: $R\bar{3}$, $I\bar{4}2d$, $Imma$, $Fd\bar{3}m$, $Pbca(1)$, $Pbca(2)$, $Pnma(1)$, $Pnma(2)$, $P2_1/c$, $Cmcm$ y $Fddd$, sometidas a una presión hidrostática de hasta 100 GPa. Todas las estructuras fueron relajadas y completamente optimizadas, los resultados fueron ajustados con la ecuación de estado de Birch-Murnaghan de tercer orden. Los cálculos se realizaron dentro del marco de la Teoría del Funcional de la Densidad, utilizando el método de ondas planas aumentadas y linealizadas con potencial completo implementado en el código Wien2k. Hemos incluido en nuestro estudio la aproximación de gradiente generalizado de Pedew, Burke y Ernzerhof para el termino de intercambio-correlación

Estudio del Sistema Eléctrico Nacional de México para proponer un sistema de almacenamiento magnético superconductor SMES

En México la demanda energética está incrementando cada año. Este incremento y los retos por conservar el medio ambiente, han obligado a las centrales eléctricas a incrementar el uso de las energías renovables, disminuyendo así el uso de combustibles fósiles. Las fuentes de energías renovables como la fotovoltaica y la eólica no suministran energía de manera continua y algunas veces, no están a su máxima capacidad cuando la demanda lo requiere. Por consiguiente, se necesita un sistema de almacenamiento capaz de almacenar grandes cantidades de energía que satisfagan la demanda máxima. En este trabajo proponemos diseñar un sistema de almacenamiento magnético superconductor (SMES) usando Cable in Conduit, el cual podrá almacenar hasta 20 MJ de energía, el cual podrá entregar la energía en todo momento que la demanda lo requiera. Para ello realizamos un análisis sobre el estado actual del parque eléctrico nacional que tiene México, cómo ha crecido la demanda, el consumo, la capacidad y la generación energética, para poder determinar la energía que se requiere almacenar para ser utilizada en las horas de alta demanda o cuando no proporcionen energía a su máxima capacidad. Los resultados muestran que el parque eléctrico de México requiere un sistema de almacenamiento en estas tres regiones, occidental, central y norte. Realizando un estudio a la demanda máxima se llega a la conclusión que se requiere un sistema de almacenamiento de 2 GW para ser utilizado en los meses de verano. Además, se realizó un estudio a la generación de energía durante un año, el cual arroja que se requiere almacenar una energía de 11 TJ, para producir una energía continua y constante en el tiempo.

Efecto de la deformación mecánica sobre el magnetismo inducido por impurezas en nanoestructuras de grafeno

Los sistemas magnéticos de baja dimensionalidad son atractivos para su investigación debido a sus posibles aplicaciones en tecnologías cuánticas emergentes. Particularmente, el magnetismo inducido por impurezas en grafeno y sus nanocintas ha sido un campo de estudio bastante activo durante los últimos años. Además, para su aplicación es importante contar con métodos de control de sus propiedades, tal es el caso de la deformación mecánica, la cual ha mostrado ser una técnica de modulación efectiva de la estructura electrónica y del magnetismo en diferentes sistemas. En este trabajo, presentamos un estudio del efecto de la deformación mecánica sobre el magnetismo inducido por impurezas en grafeno y sus nanocintas, realizado a través de cálculos de primeros principios. Para contrastar el efecto de la dimensionalidad y analizar el impacto de la deformación sobre el magnetismo inducido por impurezas, estudiamos la hoja de grafeno y dos nanocintas de borde zig-zag de diferente ancho con impurezas substituticionales de fósforo, las cuales inducen una fase magnética en cada caso. El magnetismo es resultado de una inestabilidad electrónica por la presencia de una banda angosta al nivel de Fermi. El efecto de la deformación mecánica muestra que en la hoja de grafeno es posible inducir una transición de fase magnética bajo deformación biaxial, mientras que, la deformación uniaxial permite modular ligeramente el momento magnético en la región de deformación elástica. Para las nanocintas de borde zig-zag, la deformación uniaxial induce una transición de fase magnética cuya transición depende del ancho de la nanocinta. Estos resultados muestran la relación directa entre las propiedades estructurales y el magnetismo en nanoestructuras de grafeno con impurezas de fósforo. Los autores agradecen al Laboratorio Nacional de Supercómputo del Sureste de México (LNS) por los recursos computacionales brindados. Este trabajo fue apoyado por el Conacyt, a través del proyecto No. 288344.

Estados inducidos de impureza en el potencial químico en cristales fotónicos 1D dieléctrico-grafeno

En este trabajo investigamos la formación y manipulación de estados permitidos creadas por impurezas ópticas de potencial químico en cristales fotónicos 1D dieléctrico-grafeno. La estructura propuesta consta de láminas de grafeno embebidas entre medios dieléctricos isotrópicos, donde se coloca la impureza dentro de cierto número de períodos de celda unitaria. Se calculan los espectros de transmisión de las ondas electromagnéticas incidentes empleando el formalismo de la matriz de transferencia; además, la conductividad óptica del grafeno se emplea teniendo en cuenta tanto las contribuciones intra como interbanda. Encontramos que este tipo de impurezas ópticas en cristales fotónicos 1D con grafeno inducen la formación de estados permitidos en la región de banda prohibida de baja frecuencia o gap producido por el grafeno. Lo anterior es debido al rompimiento de la periodicidad en la celda unitaria que conforma el cristal fotónico unidimensional, además, estos estados se pueden ajustar mediante los valores del potencial químico en las láminas de grafeno en la impureza, así como el número de láminas de grafeno de dicha impureza

Comportamiento de la temperatura de Curie en el sistema $Sr_2FeMoO_6$ dopado con La

Los materiales medio metálicos son de gran relevancia tanto en la ciencia como en la tecnología debido a sus aplicaciones en la espintrónica. El sistema $Sr_2FeMoO_6$ (SFMO) es un material ferromagnético medio metálico con una temperatura de Curie ($T_C$) alrededor de $450 K$ y una polarización total. En este trabajo, reemplazamos iones divalentes de Sr por iones trivalentes de La, modificando los electrones de conducción en el SFMO, lo cual cambia las propiedades electrónicas y magnéticas del compuesto. En particular, discutiremos los efectos del dopaje en la $T_C$. Introducimos un modelo electrónico a partir de la técnica de las funciones de Green y el método de expansión de perturbaciones renormalizadas, donde los espines localizados del Fe y los electrones de conducción del Mo interactúan vía un mecanismo de doble intercambio. Consideramos, además, la correlación electrónica dentro de la aproximación de campo medio dinámico.

Estudio de las propiedades termoeléctricas de $AgBi_{3}S_{5}$ y $AgBi_{3}Se_{5}$ por métodos de primeros principios

Las propiedades electrónicas y termoeléctricas se calcularon para los materiales termoeléctricos $AgBi_{3}S_{5}$ y $AgBi_{3}Se_{5}$, utilizando Density Fuctional Theory (DFT) y el reciente programa BoltzTraP2 para el calculo de los coeficientes de trasporte de manera semi-clásica. El objetivo es determinar las propiedades termoeléctreriales de $AgBi_{3}S_{5}$ y $AgBi_{3}Se_{5}$ resolviendo la ecuación de trasporte de Boltzmann. Estos materiales son prometedores para la ciencia de los materiales, debido a que presentan muy buenos valores en la figura de merito (ZT). Para el calculo de la DEE se utilizó el método de primeros principios LAPW+lo. EL potencial Tran-Blaha modificado Becke-Johnson (TB-mBJ) de 2009 se utilizo para el potencial de intercambio-correlación. El estudio de las propiedades electrónicas muestran que la DEE total de $AgBi_{3}S_{5}$ y $AgBi_{3}Se_{5}$ son parecidas cerca a la energía de Fermi. El coeficiente de Seebeck, la conductividad eléctrica, la conductividad térmica y ZT de $AgBi_{3}S_{5}$ correspondieron con los resultados experimentales. Mientras que $AgBi_{3}Se_{5}$ presenta mejores valores de ZT en el rango de temperaturas de 500 a 800 K, debido a que en este rango de temperaturas este material presenta un mejor coeficiente de Seebeck. El valor mas alto para ZT fue de 0.441 para $AgBi{3}Se_{5}$ a la temperatura de 800 K.

Crecimiento e impurificación de GaN en fase cubica por epitaxia de haces moleculares

La estructura zinc-blenda del GaN es una fase metaestable con importantes ventajas sobre la fase wurtzita, por lo cual es un material prometedor para aplicaciones en dispositivos microelectrónicos y optoelectrónicos [1]. Por ejemplo; la polarización espontánea y piezoeléctrica no están presentes a lo largo de la orientación cúbica (100), además debido a su alta simetría la movilidad de los huecos debería ser mayor que la obtenida para la fase hexagonal [2]. Más aun, debido a que el GaN cúbico (c-GaN) tiene una energía de banda prohibida más pequeña, se requiere una menor concentración de Indio para lograr energías de banda prohibida más bajas en las aleaciones de InGaN. En la primera parte de esta charla, presentaré detalles del crecimiento de GaN cúbico sobre sustratos de GaAs (100) mediante epitaxia de haces moleculares (MBE) equipado con una fuente de plasma de radio-frecuencia (RF) para producir nitrógeno atómico reactivo [3] . En particular, mostraré el método que usamos para controlar las primeras etapas de la heteroepitaxia para obtener GaN en fase cúbica con alta calidad cristalina. Posteriormente, discutiré nuestros resultados del crecimiento de GaN tipo p empleando a Magnesio como dopante. Mediante las condiciones de crecimiento apropiadas, logramos obtener c-GaN tipo p con una concentración de huecos superior a 5 × 1019 cm-3. La alta eficiencia de dopaje de tipo p en c-GaN se debe a la baja energía de activación del Mg. Empleando cálculos DFT y una variedad de técnicas experimentales, encontramos que la energía de ionización de Mg en c-GaN es de alrededor de 100 meV, que es menor que la de la fase hexagonal. [1] Y. Hu, et al. Journal of Alloys and Compounds 897 (2022) 163133. [2] C.A. Hernández-Gutiérrez, et al. Sci. Rep. 10 (2020) 1–7. [3] M Pérez-Caro, et al. J. Appl. Phys. 128 (2020) 215304

Síntesis de óxido de Grafeno mediante CVD sobre distintos sustratos

El óxido de grafeno (GO) se explica cómo una lámina de grafeno modificada con grupos funcionales de oxígeno en el plano basal y otros tipos en los bordes. Cuenta con diversas propiedades y aplicaciones que dependen del grado de oxidación. El GO es hidrofílico, se usa para compositos, se deposita en casi cualquier substrato, es aislante eléctrico, es fluorescente, tiene un espectro Raman característico y puede reducirse para obtener grafeno a menor costo. La técnica más usada para obtener GO es la exfoliación por ultrasonido, logrando excelentes resultados, pero presenta dificultades y retos tecnológicos para tener material homogéneo en grandes áreas, asimismo, el proceso más prometedor para sintetizar material a base de carbón es la deposición por vapores químicos (CVD) obteniendo material de gran calidad con pocos defectos en áreas extensas. No obstante, necesita sustratos metálicos cómo catalizadores para lograr dicha deposición, lo que conlleva procesos extra de transferencia para implementar o caracterizar el material. En este trabajo se expone una estrategia alterna innovadora, sencilla y de bajo costo para sintetizar películas delgadas de óxido de grafeno de gran calidad directamente sobre sustratos de Si, SiO2/Si y GaAs mediante un reactor CVD económico. La metodología alternativa constó en colocar un catalizador de Cu dentro del reactor alejado de dos de los sustratos empleados colocados en tandem. Con esta estrategia se logró sintetizar películas de óxido de grafeno de gran calidad en toda el área del sustrato, ofreciendo la posibilidad de estudiarlo o aplicarlo sin necesidad de realizar trasferencias o procesos adicionales. Las muestras se caracterizaron con espectroscopia Raman, elipsometría y microscopía TEM, además se realizaron simulaciones Raman con distintos arreglos simples de moléculas de óxido de Grafeno comparando y construyendo una correlación con los resultados experimentales, prediciendo la composición aproximada de las muestras sintetizadas.

Transiciones de fase en ferroeléctricos laminares de la familia An Bn X3n+2

Las perovskitas laminares de fórmula general An Bn X 3n+2, donde A y B son cationes, X es un anión, usualmente O y n es el número de octaedros BX6 por capa, presentan una gran variedad de transiciones de fase estructurales en función de la temperatura o de la presión hidrostática. Desde el punto de vista estructural, la secuencia de transiciones de la fase de alta temperatura hacia las fases de baja temperatura, descritas en términos de los grupos espaciales es: Cmcm - Cmc21 - Pbn21 (inconmensurable 1) - Pbn21 (inconmensurable 2). En este trabajo presentamos los resultados de estudios experimentales y cálculos DFT para Sr2Nb2O7 y Sr1.9La0.1Nb2O7 (1-3). 1 - J. Alanis et al. J Raman Spectrosc. 1–13 (2018). 2 - J. Alanis et al. Phys.Rev. B 100, 054110 (2019). 3 - H.J. Ojeda-Galván et al. J. Raman Spectrosc. 1-13 (2020).

Efecto de laser intenso y campo magnético en la Generación de Segundo Armónico en pozos cuánticos dobles de AlGaAs/GaAs

Las propiedades ópticas de los sistemas cuánticos nanoestructurados son de gran importancia en la actualidad, debido a su posible implementación para el diseño de dispositivos optoelectrónicos eficientes. También es bien sabido que los campos externos pueden modificar la estructura electrónica e inducir cambios en las propiedades ópticas. En particular, las estructuras asimétricas de pozos cuánticos dobles son de suma importancia debido a su amplia gama de configuraciones posibles y también porque son experimentalmente factibles, particularmente las heteroestructuras AlxGa1−xAs/GaAs se han crecido con gran control y calidad por los grupos experimentales. En este trabajo presentamos un estudio teórico sistemático sobre la Generación de Segundo Armónico (SHG, por sus siglas en inglés) para un pozo cuántico doble asimétrico AlxGa1−xAs/GaAs, como función de un campo láser intenso no resonante y un campo magnético (perpendicular a la dirección de crecimiento). Analizamos el comportamiento de los niveles de energía, así como los elementos de la matriz dipolar como función de los factores antes mencionados, que son importantes para modificar las propiedades ópticas del sistema. Reportamos una configuración particular que mejora la señal de la SHG, con y sin un efecto de campo láser intenso, así como campos magnéticos, que también pueden usarse para sintonizar la SHG.

Superconductividad cuasi-1D a partir del modelo Bosón-Fermión

El formalismo Bosón-Fermión Ternario [1-2] de la superconductividad donde coexisten electrones/huecos desligados (fermiones), pares de Cooper de electrones (2eCPs) y de huecos (2hCP) considerados bosones, nos conduce a tres ecuaciones acopladas: dos ecuaciones para las dos brechas (“gaps”) energéticas, una para 2eCPs y otra para 2hCPs; y la ecuación de la densidad de número de partículas, las cuales resolvemos numéricamente y de forma simultánea. Para un superconductor cuasi-unidimensional donde sus iones son modelados como potenciales delta de Dirac igualmente espaciados, reportamos entre otras propiedades termodinámicas: la temperatura crítica; los gaps y el calor específico, como función de la temperatura. Nuestros resultados son comparados con las propiedades de las sales de Bechgaard [3]. [1] V.V. Tolmachev, Phys. Lett. A 266, 400 (2000); [2] M. de Llano & V.V. Tolmachev, Physica A 317, 546 (2003); [3] P. Garoche, R. Brusetti, D. Jérome & K. Bechgaard, J. Physique Lettres 43, L-147 (1982).

Estudio de defectos puntuales en nanoestructuras semiconductoras y dieléctricas por la técnica de catodoluminiscencia

La catodoluminiscencia (CL) en el microscopio electrónico de barrido (SEM) es una técnica muy eficiente para identificar transiciones electrónicas entre estados generados por impurezas y defectos puntuales en los sólidos cristalinos. En este trabajo se presentan algunos ejemplos de la caracterización de defectos en nanoestructuras de ZnO, SnO2, GaN, MgO e hidroxiapatita (HAp) usando la CL. Sobre estados generados por impurezas de N en nanocintas de ZnO, hemos reportado transiciones electrónicas entre pares aceptor-donador (DAP) y estados aceptores NO, confirmando su presencia por espectroscopía foto-electrónica de rayos X (XPS). La CL de SnO2:Mn revela la formación de una emisión de 1.9 eV con variaciones en su intensidad que depende de la densidad de vacancias de oxígeno (VO) presentes en este material. En nanoalambres de GaN dopado con Mn los estudios de CL muestran la formación de emisiones centradas en 2.45 y 2.9 eV asociadas a la presencia de vacancias de galio (VGa), participando en la generación de ferromagnetismo. Hemos encontrado además que la incorporación de Cu en GaN promueve la formación de VGa, que inducen dicha respuesta ferromagnética aún a temperatura ambiente. Así mismo, un estudio de CL en nanoparticulas de MgO nos permitió demostrar que las propiedades triboluminiscentes de este material se deben a la alta densidad de centros M (pares de VO). Finalmente, un estudio correlacionado de CL y resonancia paramagnética electrónica (EPR) en nanocintas de HAp reveló la presencia de VO, vacancias de calcio (VCa), y vacancias de oxidrilos (VOH), responsables de la generación de una intensa emisión luminiscente en el rango 1.5 - 4.5 eV.

Corrimiento descendente de fotones en $CaSnO_3$ dopados con $Yb^{3+}$

Muestras de $CaSnO_3$ dopadas con Yb se sintetizaron mediante la técnica de complejo polimérico. Los polvos fueron calcinados a 1000 °C por 1 h y a 1300 °C por 2 h y posteriormente caracterizados por difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido y espectroscopías de reflectancia difusa y fotoluminiscente. Los patrones de DRX muestran la presencia de la fase cristalina ortorrómbica, esperada en el compuesto. Los espectros de reflectancia revelan una banda amplia con máximo en 265 nm que se corresponde bien con la transición fundamental de estanato de calcio. Por otro lado, los espectros de excitación, al monitorear la emisión del $Yb^{3+}$ en 996 nm, exhiben una banda en 300 nm para las muestras tratadas a 1000 °C, igualmente compatible con la transición fundamental, apuntando al hecho de la transferencia de energía de la matriz al $Yb^{3+}$.

Estudio de la formación de minibandas en sistemas de puntos cuánticos de perovskita

Los puntos cuánticos (QDs) de perovskita CsPbI3 han recibido un interés sustancial en la investigación para aplicaciones fotovoltaicas debido a su mayor eficiencia en comparación con las celdas solares que utilizan otros materiales de QDs y a las propiedades interesantes de las perovskitas. La optimización experimental de estos dispositivos es muy costosa y requiere de mucho tiempo para lograrla. De ahí la importancia de desarrollar modelos que permitan investigar y optimizar estas estructuras que se encuentran actualmente en el centro de las investigaciones en fotovoltaica. En el presente trabajo se investiga la formación de minibandas en sistemas de QDs de CsPbI3 embebidos en una matriz de éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM). Para los estados de valencia se hace una extensión del método de unión fuerte, sugerido originalmente por Bloch. También se calcula la estructura de bandas de energía para la banda de conducción del arreglo de QDs buscando la solución variacional del hamiltoniano del sistema al estilo Hartree y posteriormente empleando el método de electrones cuasilibres. Finalmente se logra reportar el ancho de las minibandas y el gap efectivo del sistema de QDs de perovskitas, propiedades importantes para modelar la absorción de la estructura.

Efectos de los campos electromagnéticos sobre las propiedades ópticas de una impureza donadora en puntos cuánticos elípticos concéntricos de GaAlAs/GaAs/GaAlAs

Se presentan los cálculos teóricos de las transiciones de energía, los elementos de la matriz de dipolo y la absorción óptica no lineal en puntos cuánticos elípticos concéntricos GaAlAs/GaAs/GaAlAs en presencia de campos eléctricos y magnéticos externos para una impureza donadora. Se investigan los efectos de la geometría de los puntos y el ancho de la estructura de la región de electrones confinados sobre las propiedades ópticas. La región de confinamiento en este punto cuántico corresponde a la región intermedia de los tres puntos cuánticos elipsoides. Los niveles de energía y las funciones de onda del par electrón impureza en la nanoestructura con un potencial finito tipo capa/núcleo/capa, se calculan numéricamente usando la aproximación de masa efectiva y un formalismo numérico para hallar los valores propios a través de métodos de elementos finitos. Los cálculos de las propiedades ópticas se realizan en el marco del enfoque de matriz de densidad compacta y un método iterativo, en función de la energía de los fotones incidentes para diferentes valores de los campos electromagnéticos externos. Los resultados revelan una dependencia significativa de las respuestas optoelectrónicas con las dimensiones de los puntos cuánticos elipsoides, las intensidades de los campos eléctricos y magnéticos aplicados y la posición de la impureza.

Estudio por espectroscopia de impedancia del biocomposito KH2PO4 (KDP) /Ca10(PO4)6(OH)2 (HA)

En este trabajo estudiamos el biocomposito KH2PO4 (KDP) /Ca10(PO4)6(OH)2 (HA) para evaluar su conductividad eléctrica. Este se preparó mediante molienda manual en una relación molar de 1:3. La espectroscopia de impedancia se estudió en un rango de temperaturas y frecuencias de (25-80 ºC) y 10 Hz a 1 MHz respectivamente. Se concluye que la resistencia en bulto del composito es superior a la observada en el KDP puro en todo el rango de temperatura estudiado. Los gráficos espectroscópicos de impedancia y módulo eléctrico sugieren que el mecanismo de conducción dominante es probablemente el salto de protones debido a la activación térmica. La expresión empírica de Jonscher confirma el mecanismo de conducción y además determina la frecuencia de salto de protones de 1.21 x104 Rad at 80ºC.

El Efecto Del Desorden sobre las Propiedades De La Magnetoresistencia En Una Superred ferromagnética Del Fosforeno

El inevitable desorden estructural asociado con la variación de los anchos de las barreras y los pozos, así como las alturas de las barreras en las superredes de materiales 2D, puede afectar considerablemente el transporte electrónico y los fenómenos relacionados. En este trabajo, estudiamos el impacto del desorden estructural en el transporte electrónico y las propiedades de la magnetoresistencia por Túnelamento (MRT) de las superredes de fosforeno (SPF). Se ha utilizado un hamiltoniano efectivo de baja energía para describir los electrones en el fosforeno. Para la obtención de las propiedades de transporte y MRT se han implementado el enfoque de matriz de transferencia, el formalismo de Landauer-Büttiker. Los resultados muestran que el desorden relacionado con el ancho y alto de las barreras no es equivalente y tiene efecto destructivo sobre la transmisión y la conductancia. Al contario el desorden estructural beneficia más las propiedades del MRT. Por lo tanto, nuestros resultados indican que en el diseño y fabricación de SPF se requiere un control preciso de la altura de las barreras para tener y preservar buenas propiedades eléctricas y no requiere un control sobre las propiedades del MRT.

Correlación electrónica y pares ligados en la distorsión de Peierls

Analizamos la correlación electrónica para sistemas de dos partículas utilizando el hamiltoniano de Hubbard en la distorsión de Peierls y encontramos una nueva clase de pares ligados repulsivamente. Los pares encontrados tiene un alto grado de localización y se encuentran en una banda con energía $E<0$ para cualquier valor de $U>0$. Se describe la versión extendida de la técnica del mapeo con la que se analiza este sistema para reducir la complejidad computacional de $\mathcal O(N^6)$ a $\mathcal O(N^4)$. Se estudia las condiciones de los parámetros $t_S/t_L$ y $U$ para los cuales las propiedades de esta banda de pares repulsivos serán importantes.

Propiedades mecánicas de nanoaleaciones

Cuando son usadas en aplicaciones de electrónica, catálisis, o nanotecnología en general, es necesario que las nanopartículas metálicas puedan soportar tensiones de forma que los posibles daños irreversibles puedan evitarse o al menos controlarse. La Dinámica Molecular es una herramienta que permite estudiar a nivel atomístico el comportamiento mecánico y los procesos de deformación de nanoaleaciones, En este trabajo se mostrarán resultados que muestran cómo la distribución elemental afecta la respuesta mecánica y la dinámica de dislocaciones en nanoaleaciones Pt-Ni. Encontramos que las distancias interatómicas medias y las deformaciones locales, calculadas mediante análisis de fase geométrica, exhiben variaciones lo suficientemente grandes como para ser medidas mediante técnicas experimentales. Caracterizamos la respuesta mecánica de las diferentes nanopartículas tanto en régimen elástico como plástico, encontrando que las fallas de apilamiento generadas por compresión ocurren primero en las regiones ricas en Ni y luego se propagan a las regiones ricas en Pt. Analizamos también la respuesta mecánica a la compresión de nanopartículas de Co-Ni siguiendo la dinámica de dislocaciones y fallas de apilamiento, y el efecto de composición y orientación cristalográfica en la respuesta a la tensión en nanoalambres de Au-Pd.

Nonlinear in space temperature distribution and Thermo-E.M.F. in a bipolar semiconductor

This study is focused on a new method to determine the thermo-electromotive force (thermo-E.M.F.) of a nondegenerate bipolar semiconductor taking into account recombination heat of nonequilibrium carriers, the nonlinear temperature distribution with respect to position, and the existence of two different quasi-levels of Fermi for electrons and holes. The thermo-E.M.F. depends on both bulk and surface recombination processes, the bandgap, the length of the sample, and the thermal conductivity. Moreover, it can be equal to its classical expression for particular values of diffusion length, characteristical length related to surface recombination, and the thickness of the sample. The results also show that there are several possibilities to cancel the contribution of the holes on the thermo-E.M.F. by giving specific quantities to the three previous lengths.

Omnidirectional THz Mirror on a One-Dimensional Porous Silicon Thermocrystal

We have designed a thermocrystal that reflects phononic thermal radiation. In the THz range, heat is kinetic energy carried predominantly by phononic vibrations. These mechanical vibrations have wavelengths that produces interferences within the internal interfaces of a phononic crystal. We determined conditions to obtain gaps simultaneously for longitudinal and transverse waves in a porous silicon multilayer. We propose a one-dimensional crystal with an omnidirectional mirror that reflects all phononic vibrations in the THz.

Modelo de balance de energía térmica durante la fundición de sales micro-encapsuladas y densidad de energía térmica almacenada cerca del límite isocórico

Las sales con altas temperaturas de fusión se utilizan en unidades de almacenamiento de energía térmica, como respaldo en plantas de concentración solar durante los períodos de baja irradiancia. La densidad de energía térmica constituye un parámetro clave para la mejora del factor de planta en la generación termoeléctrica y la disminución de la huella de carbono, mediante unidades de almacenamiento de energía solar. El constituyente básico de las unidades de almacenamiento es un material de cambio de fase de alta temperatura encapsulado en un cascarón esférico para mejorar la velocidad de transferencia de calor y aprovechar el calor latente del material con el fin de incrementar la densidad de energía almacenada. Recientemente se han propuesto aproximaciones de fluido incompresible con distintos métodos de conservación de masa para determinar la energía almacenada durante el cambio de fase en materiales confinados. Otros autores han considerado la compresibilidad del líquido durante el cambio de fase, pero con modelos que crean masa cuando la transición de fase se lleva a cabo cerca del límite isocórico. En este trabajo se utiliza un modelo de balance total de energía térmica en materiales de cambio de fase confinados y que es consistente con la conservación de la energía térmica en sistemas adiabáticos. La compresibilidad de ambas fases se toma en cuenta mediante una ecuación que conserva correctamente la masa total del sistema, al considerar los cambios de densidad de ambas fases cerca del límite isocórico. Los cambios en el calor latente y la temperatura de fusión se toman en cuenta asumiendo que el cambio de fase se lleva a cabo cerca del equilibrio termodinámico. Finalmente, los cambios de volumen del cascarón durante el proceso de fundición se estiman mediante los cambios de presión estimados con el modelo térmico propuesto y utilizando la aproximación de cascarón grueso elástico isotrópico.

Nanoresonadores como polarizadores de valle

Se presenta el estudio del flujo de corriente en nanoresonadores de grafeno. Se demuestra que este dispositivo se puede utilizar como un filtro y polarizador de valle robusto y eficiente incluso para valores de tension de la cinta de grafeno entre $0.1$ and $1\%$. Las deformaciones generan un campo pseudomagnetico con el que interactuan los electrones. Se observa que el haz de electrones que se inyecta se separa y es desviado o enfocado de acuerdo con la polarización de valle de los electrones (en el valle K o K’). Este dispositivo funciona para haces de electrones balisticos asi como para haces muy dispersos y puede usarce como colimador de electrones debido al efecto de enfocamient. Adicionalmente se muestra que las densidades de corriente se pueden estimar con trayectorias semiclasicas que son una heramienta eficiente para predecir el funcionamiento del dispositivo.

Caracterización de microestructura en soldaduras disímiles obtenidas por proceso de soldadura en estado sólido

La soldadura por fricción es un proceso de soldadura de estado sólido convencional que utiliza calor y presión para obtener una unión entre materiales. El calor de fricción se genera con la ayuda del movimiento relativo entre los materiales de trabajo por medio de movimientos de rotación. Esto es sumamente atractivo para la industria automotriz debido a que constantemente buscan nuevas soluciones para reducir el peso de sus vehículos para poder así incrementar la eficiencia del diseño al requerir menores cantidades de energía para funcionar. Esto conlleva diversos retos a nivel metalúrgico debido a las distintas propiedades que presentan tanto el hierro como el aluminio. Para esto se utilizó AA6061-T6 y SAE15B24 para obtener las uniones, en donde se caracterixó la microestructura encontrada adyacente a la interfaz, la zona afectada por el calor y la zona termomecánicamente afectada donde se encontró una pérdida de propiedades mecánicas debido a cambios microestructurales por el lado del acero, pasando de martensita fina a zonas bainiticas y de ferrita libre. Por el lado del aluminio no solo se encontró una disolución de precipitados, sino también zonas de recristalización dinámica del material que se relacionan con la formación de fracturas internas. Además, se caracterizaron compuestos intermetálicos Al5Fe2 y AlFe en la zona de la interfaz los cuales generan una unión metalúrgica pero también reducen las propiedades mecánicas de la unión en esfuerzos tensíles.

Diseño de un metamaterial elástico quasi-1D con velocidad de grupo próxima a cero

La búsqueda de fenómenos físicos inexistentes en los materiales naturales conlleva a diseñar materiales modernos mediante el acoplamiento de celdas unitarias con el fin de crear potenciales aplicaciones tecnológicas. A estos arreglos periódicos se les conoce como metamateriales o cristales artificiales. Se propone la construcción de un metamaterial elástico quasi-1D cuya velocidad de grupo sea cercana a cero mediante el acoplamiento perturbativo de celdas unitarias cuadradas. Se muestran los resultados numéricos obtenidos en COMSOL Multiphysics de las diferentes estructuras de bandas en función del cambio de los parámetros de la celda unitaria. Los resultados son de un metamaterial infinito y un metamaterial finito de 36 celdas unitarias. Obteniendo una velocidad de grupo de 50 m/s, siendo esta sólo el 1% de la velocidad del sonido en guías de onda elásticas que es del orden de los 5000 m/s.

Irradiación de semimetales de Weyl tipo I y II

La búsqueda de materiales con nuevas fases electrónicas, caracterizadas con propiedades inusuales, es un objetivo clave para el desarrollo de nueva tecnología. Dentro de los materiales con propiedades inusuales se encuentran los semimetales topológicos de Weyl[1]. Los semimetales son materiales donde las bandas de conducción y las bandas de valencias se tocan en puntos llamados nodos; los cuales están dotados de una topología (caracterizada por invariantes topológicas). En este trabajo nos enfocaremos en la interacción de estos mismos con un campo eléctrico periódico en el tiempo (luz polarizada), con el fin de dar al material nuevas propiedades electrónicas. Nuestro punto de partida es un Hamiltoniano de un semimetal topológico de Weyl tomado de la referencia “Minimal models for topological Weyl semimetals” [2]. En el trabajo exploramos el espectro de energías del Hamiltoniano identificando la aparición de los estados de borde, llamados arcos de Fermi. Nuestro trabajo concluye con la adición al Hamiltoniano de un campo eléctrico dependiente del tiempo (onda electromagnética, o luz) que resolvemos utilizando la teoría de Floquet. Referencias [1] A. G. Grushin, “Algo más que sociología de electrones: semimetales topológicos de Weyl,” Revista Espãnola de Física 30, 10 (2016). [2] T. M. McCormick, I. Kimchi, and N. Trivedi, “Minimal models for topological Weyl semimetals,” Phys. Rev. B 95, 075133 (2017). Agradecimientos Los autores agradecen el financiamiento del proyecto CONACyT (Mexico) No. 428214 y del proyecto PAPIIT IA-106021.

Superredes de grafeno de velocidad de Fermi no convencionales

Son estudiadas las propiedades de transmisión y transporte de las superredes de grafeno de velocidad de Fermi no convencional (FVGSL). Se evalúan las distribuciones aritméticas, regular y aleatoria de las barreras de velocidad de Fermi. Se utiliza un hamiltoniano de tipo Dirac dependiente de la posición de la velocidad para describir los portadores de carga. Se implementa el método de la matriz de transferencia y el formalismo de Landauer-Büttiker para obtener la transmisión y transmisión integrada (conductancia) a temperatura cero. Encontramos que las FVGSL aritméticas muestran características de transporte peculiares en comparación con los FVGSL regulares y aleatorias. En particular, el perfil aritmético elimina las oscilaciones regulares e irregulares de la transmisión integrada típicas de los FVGSL regulares y aleatorias. Más importante aún, los FVGSL aritméticas mantienen la transmisión integrada alrededor del mismo valor independientemente del tamaño del sistema, presentando incluso un aumento (cruce) con el tamaño del sistema para relaciones de velocidad de Fermi grandes. Esto contrasta con la reducción sistemática de la transmisión integrada con el tamaño del sistema para FVGSL regulares y aleatorios. Profundizamos en las posibles causas del cruce de la transmisión integrada para FVGSLs aritméticas.

Plasmones hiperbólicos en materiales de Dirac masivos y anisotrópicos

En este trabajo exploramos transiciones topológicas en los modos de propagación de plasmones superficiales en sistemas bidimensionales que presentan conos de Dirac inclinados con brecha de energía en su estructura de bandas electrónicas. La presencia de la inclinación y la masa (brecha) da lugar a una brecha de energía indirecta. Como consecuencia, nuevas transiciones de van Hove aparecen, y el comportamiento de las transiciones intra e interbanda da lugar a una conductividad óptica anisotrópica con partes imaginarias que adquieren signos opuestos en direcciones ortogonales, abriendo la posibilidad de tener propagación hiperbólica de plasmones. Los contornos de isofrecuencia y las pérdidas plasmónicas muestran que las transiciones entre modos puramente cuasi elípticos y modos hiperbólicos altamente direccionales son logradas únicamente cuando la inclinación y la masa coexisten. Experimentos en el rango de THz sugieren que estos resultados pueden ser útiles como una prueba dinámica de la presencia simultánea de inclinación y masa en materiales de Dirac.

Estructura de bandas de moiré para electrones y excitones en bicapas de fosforeno rotadas

Se presenta un estudio teórico de la estructura de minibandas para electrones y excitones en bicapas de fosforeno rotadas que exhiben la formación de patrones de moiré, calculadas a partir de un hamiltoniano de modelo continuo. Se construyó un hamiltoniano efectivo que considera la hibridación intercapa y la modulación de energía intracapa debidos al potencial de moiré, el cual permitió calcular la estructura de bandas para electrones y excitones alrededor del punto $\Gamma$. El modelo para la superred se obtuvo interpolando entre los hamiltonianos efectivos para las bandas de conducción y de valencia en los diferentes apilamientos presentes a lo largo de la supercelda de moiré. Se predice la existencia de tres distintos regímenes para electrones y huecos en el punto $\Gamma$ a distintos rangos del ángulo de rotación entre capas: un régimen de Hubbard para ángulos pequeños ($\theta<2^{\circ}$), en donde los estados electrónicos forman arreglos de estados tipo punto cuántico, un régimen de Tomonaga-Luttinger ($2^{\circ}<\theta<10^{\circ}$), caracterizado por la formación de arreglos de estados cuasi-1D, y un régimen balístico ($10^{\circ}<\theta$), donde los estados del borde de la banda están deslocalizados. Se analizaron los efectos de la superred de moiré en la absorción óptica debida a excitones descritos por este modelo. Este método reproduce correctamente resultados recientes basados en cálculos ab initio a gran escala.

Exponentes críticos en presencia de acoplamiento spin-órbita tipo Rashba en el límite de localización fuerte

En este trabajo se realiza un análisis fractal de los estados extendidos cerca del LLL sin spin resuelto por acoplamiento spin-órbita tipo Rashba, así como del FLL con el spin resuelto. Utilizando un potencial gaussiano, así como una serie de dispersores de corto alcance como desorden, se encuentra que los exponentes fractales de los estados extendidos cerca del centro del LLL y del FLL con orientación spin-down, no dependen del acoplamiento $\alpha_d$. Sin embargo, los exponentes fractales de los estados extendidos cerca del FLL con orientación spin-up muestran una dependencia con $\alpha_d$. Para estos estados se encontró que el IPN, es una función monotónica creciente de $\alpha_d$. Los resultados indican que estos estados están menos extendidos para acoplamientos fuertes spin-órbita tipo Rashba. Los resultados contrastan con los efectos del acoplamiento spin-órbita en la Física de localización débil, donde la intensidad del acoplamiento tiende a incrementar la conductividad y reducir la localización. Finalmente, se plantea la posibilidad de que estos sistemas pertenezcan a una diferente clase universal que los sistemas de efecto Hall cuántico al considerar el exponente crítico asociado al IPN para diferentes intensidades de acoplamiento spin-órbita.

Ángulos mágicos en bicapa de grafeno rotada: corrientes inter-capa, energía y simetrías

La bicapa de grafeno rotada quiral es analizada en términos del Hamiltoniano cuadrado el cual remueve la simetría partícula-hueco, de esta forma se logró reescribir el operador en términos de una matriz 2x2. Este mapeo simplifica el problema y permite identificar las 3 principales contribuciones físicas del sistema y además se encuentra una analogía con pseudo-campos magnéticos no abelianos SU(2). En este trabajo se analizo con detalle las componentes energéticas y su efecto en la recurrencia de los ángulos mágicos, además, se estudiaron propiedades de localización de la función de onda y simetría involucrada. Finalmente se encontraron operadores de corrientes inter-capa y se hizo un análisis perturbativo para ángulos pequeños.

Comportamiento del fenómeno de fluidodinámica del acero en el vaciado de lingotes

El comportamiento de los fluidos es poco intuitivo, haciendo con que sea muy difícil prever su impacto en algunos procesos metalúrgicos como el vaciado de lingotes. Para un mejor análisis y entendimiento del fenómeno, y para la mejora del proceso se presenta un análisis de simulación de fluidodinámica siguiendo el modelo de las ecuaciones de Navier Strokes a través de ANSYS FLUENT ® para un lingote de perfil 52” haciendo la comparativa de un vaciado del lingote con un solo alimentador y uno con doble alimentador. Los diferentes procesos de vaciado del lingote (un alimentador contra dos) presentan diferentes resultados los cuales dependen críticamente de la velocidad de llenado y la heterogeneidad de la solidificación, lo cual provocan defectos y temas de segregación.

Nanoestructuras de carbono: localización y estados topológicos

Las nanoestructuras de carbono, tales como nanotubos, nanocintas de grafeno o las fronteras de grano que aparecen en sistemas basados en grafeno, son susceptibles de presentar estados localizados, en algunos casos protegidos topológicamente. En esta charla revisaremos algunos nanosistemas de carbono en los que aparecen estos estados protegidos topológicamente [1], robustos frente a defectos o impurezas, que pueden ser de interés para dispositivos de transporte [2,3], así como otras nanoestructuras en las que la localización emerge de forma novedosa, tales como el grafeno bicapa rotado o nanotubos que presentan física de moiré [4]. [1] M. Pelc, W. Jaskólski, A. Ayuela, Leonor Chico, Topologically confined states at corrugations of gated bilayer graphene, Phys. Rev. B 92 (2015) 085433. [2] W. Jaskólski, M. Pelc, Leonor Chico, A. Ayuela, Existence of nontrivial topologically protected states at grain boundaries in bilayer graphene: signatures and electrical switching, Nanoscale 8 (2016) 6079. [3] W. Jaskólski, M. Pelc, Garnett W. Bryant, Leonor Chico, A. Ayuela, Controlling the layer localization of gapless states in bilayer graphene with a gate voltage 2D Materials 5 (2018) 025006. [4] Olga Arroyo-Gascón, Ricardo Fernández-Perea, Eric Suárez Morell, Carlos Cabrillo y Leonor Chico, One-dimensional moiré superlattices and flat bands in collapsed chiral carbon nanotubes, Nano Lett. 20 (2020) 7588.

Multifractal wavefunctions of charge carriers in graphene with folded deformations, ripples, or uniaxial flexural modes: Analogies to the quantum Hall effect under random pseudomagnetic fields

The electronic behavior in graphene under arbitrary uniaxial deformations, such as foldings or flexural fields, is studied by including it in the Dirac equation pseudoelectromagnetic fields. General foldings are thus studied by showing that uniaxial deformations can be considered pseudomagnetic fields in the Coulomb gauge norm. This allows one to give an expression for the Fermi (zero) energy mode wavefunctions. For random deformations, contact is made with previous works on the quantum Hall effect under random magnetic fields, showing that the density of states has a power law behavior and that the zero energy mode wavefunctions are multifractal. This hints at an unusual electron velocity distribution. Also, it is shown that a strong Aharonov–Bohm pseudoeffect is produced. For more general nonuniaxial general flexural strain, it is not possible to use the Coulomb gauge. The results presented here helps to tailor-made graphene uniaxial deformations to achieve specific wavefunctions.

Propiedades de transporte en superredes periódicas de siliceno: Monomera, Dimera y Trimera

El siliceno ha atraído la mirada de los trabajos científicos debido a las propiedades que posee tal como un gap intrínseco y que a su vez puede ser modulado por la aplicación de un campo eléctrico. La energía de interacción espín-órbita de 3.9 meV mientras que en el grafeno es prácticamente nula. La búsqueda de dispositivos versátiles en siliceno radica en la compatibilidad con al electrónica actual. En el presente trabajo presentamos el estudio teórico de la conductancia, polarización de valles y espín así como la magnetorresistencia de tunelaje (TMR) en superredes periódicas monomera, dimera y trimera para los casos simétricos y asimétricos. En el caso simétrico encontramos una mejora de la TMR en los casos dimeros y trimeros con respecto al monomero así como polarizaciones definidas. Para el caso asimétrico las propiedades fueron mejoradas aún más.

Efectos de la aperiodicidad sobre la polarización de valles-espines y magnetorresistencia en superredes magnéticas de siliceno

En la actualidad los dispositivos electrónicos se han convertido de gran importancia para el desarrollo de nuestras actividades cotidianas, sin embargo, estos presentan fallas debido a la presencia del calor producido por el movimiento de las cargas. Afortunadamente se pueden utilizar los grados de libertad valle y espín del electrón para generar equipos que puedan decodificar y transferir información de manera eficiente. En el presente trabajo se busca encontrar de manera teórica posibles arreglos que permita generar las estructuras versátiles mencionadas anteriormente. Para lograr lo anterior se plantea el estudio teórico de las propiedades de transporte como lo son la transmitancia, conducticia, polarización de valles-espines y magnetorresistencia para una superred magnética de siliceno cuyo arreglo es aperiódico. Estas propiedades de transporte son calculadas por medio de la matriz de transferencia y el formalismo de Landauer-Búttiker aplicándolo a un sistema que consiste de una capa de siliceno colocada sobre un sustrato, y sobre esta capa son colocados electrodos ferromagnéticos cuyo arreglo sigue la regla de sustitución de una secuencia aperiódica tipo Fibonacci y Thue-Morse. De lo anterior encontramos que la aperiodicidad muestra mejores resultados para las propiedades de transporte con respecto a las obtenidas para una superred magnética de siliceno tipo periódica. Además, se tiene que en especial el arreglo correspondiente a Thue-Morse nos da mejores valores de magnetorresistencia y ventanas de polarización de valles-espines bien definidas más grandes al considerar generaciones superiores.

Dinámica de red y acoplamiento electrón-fonón en Fe$_{1-x}$Co$_x$Ge: efectos del magnetismo

Se presenta un estudio del efecto del magnetismo en la dinámica de red y el acoplamiento electrón-fonón de la solución sólida Fe$_{1-x}$Co$_x$Ge en la estructura no-centrosimétrica B20. Para ello, se han realizado cálculos de primeros principios, mediante la teoría perturbativa del funcional de la densidad (DFPT), usando el método de pseudopotenciales con bases mezcladas (MBPP) en dos diferentes fases: no-magnética (NM) y ferromagnética (FM). En particular, se analiza la evolución del momento magnético en función de la concentración de Co en la solución sólida, y su conexión con los cambios inducidos en las frecuencias fonónicas, poniendo especial énfasis en el linewidth fonónico para direcciones específicas de alta simetría y diferentes rangos de frecuencia, con el fin de determinar la influencia del magnetismo en la dinámica de red.

Análisis de datos de potencia eléctrica producida por microgeneradores de estado sólido

En este trabajo se muestran resultados de un análisis de la potencia eléctrica generada por microgeneradores de estado sólido; los cuales tienen la característica de convertir directamente calor en electricidad. El análisis se realiza para dos modelos de microgeneradores, cada uno de un material termoeléctrico distinto, se dan a conocer las leyes físicas de transferencia de calor y de transporte de carga eléctrica que gobiernan el comportamiento de los modelos estudiados. Una condición física que se considera en este estudio es la dependencia de las propiedades termoeléctricas con la temperatura. Se busca comprobar que el tipo de material influye sobre el rendimiento del sistema. El trabajo finaliza con una simulación numérica de posibles aplicaciones de la potencia eléctrica generada para diversas resistencias de carga eléctrica.

Estudio del transporte electrónico bajo el efecto del desorden estructural y la aperiodicidad en superredes aplicadas a fosforeno

En años recientes, la investigación científica en materiales bidimensionales (2D) se ha incrementado exponencialmente debido a las extraordinarios propiedades físicas y electrónicas intrínsecas descubiertas en grafeno, silíceno, germaneno, fosforeno, entre otros. Además, la presencia de fenómenos exóticos tales como efecto hall cuántico de espín, tunelamiento Klein, alta movilidad de carga, efecto transistor de campo, polarización de espín y magnoterestencia gigante en los materiales 2D podrían ser aprovechados para futuras aplicaciones en nano-espintrónica. En este trabajo se investiga el efecto del desorden en el transporte balístico de los portadores de carga (electrones y huecos) a través de una superred de barreras electrostáticas de potencial aplicadas a una capa de fosforeno. Usando el método de la matriz de transferencia se calcula la transmisión y mediante el formalismo de Landauer-Büttiker se calcula la conductancia. En nuestros resultados se encontró que tanto el desorden estructural del ancho e intensidad del potencial, así como la aperiodicidad en las secuencias de barreras afectan notablemente en las propiedades del transporte, lo cual se explica muy bien por la redistribución de la densidad de estados.

Fano factor in self-similar multibarrier structure based on graphene monolayer

In this paper, we investigated the Fano factor in two types of self-similar potential structures in a graphene monolayer. These structures are substrate-based potential and electrostatic-based potential. However, in order to determine the Fano factor in such structures, we solved the Dirac Hamiltonian by using the transfer matrix method. We found that the self-similar substrate-based potential structure manifests a self-similar behavior in the Fano factor and conductance. Therefore, we proposed scaling rules that represent a scale invariance between generations, main barrier heights, and total lengths of the structures. In particular, the maximum Fano factor value was reported for the self-similar electrostatic-based potentials. More analysis was given in terms of the generation, main barrier heights, and structure’s total lengths. These kinds of structures could be used to control the Fano factor.

Metodología mediante refinamiento Rietveld y Fluorescencia de rayos X para cuantificar Zinc de una muestra mineral de roca de Hemimorfita (Zn$_4$Si$_2$O$_7$(OH)$_2$ H$_2$O)

La Hemimorfita es un hidroxisilicato de Zinc hidratado que es común en las minas de Chihuahua y Durango, México. Es industrialmente explotado debido a su rentabilidad económica pues contiene una gran cantidad de Zinc (54%). En particular es utilizado como materia prima para añadirlo como elemento minoritario en los fertilizantes, por lo que cuantificar su contenido en un producto final de este tipo es de suma importancia. Una de las técnicas más comunes para este propósito es la espectroscopía por fluorescencia de rayos X. En general, los diferentes minerales de una roca rica en zinc contienen diversos compuestos como silicatos, óxidos y carbonatos, además de otros minerales, lo cual hace el análisis cuantitativo tanto por DRX como por FRX un proceso complejo. Para afrontar el problema se diseñó una metodología que permite estudiar el error en la cuantificación de Zn por FRX; este análisis consiste en realizar un refinamiento Rietveld de un patrón de DRX de Hemimorfita pura y comprando los resultados de ambas técnicas y, posteriormente, repitiendo un procedimiento similar para diversas mezclas de Hemimorfita con porcentajes conocidos de ZnO. En este trabajo se presentan los resultados de este estudio, se explican las diferencias obtenidas y se propone la continuación de la metodología añadiendo otros compuestos como carbonatos de Zn.

Cuantificación del porcentaje de error en la cuantificación de Zn en una muestra mineral de roca de Smithsonite (ZnCO$_3$) por XRF y refinamiento Rietveld

La estimación del contenido porcentual de un elemento en una muestra dada por la técnica de espectroscopía por fluorescencia de rayos X (XRF), tiene un exactitud que depende de varios factores como la preparación de la muestra, la medición en aire o en vacío, el no detectar elementos ligeros, etc. En particular, la cuantificación de Zn en una muestra de roca que contiene diferentes compuestos minerales, como carbonatos, silicatos y óxidos, es un proceso difícil ya que algunos de estos equipos no detectan elementos más ligeros que el Na. Para corregir esta falta, el software interpreta que los elementos detectados están presentes como óxidos, lo cual provoca un error en los análisis cuantitativos. En particular la Smithsonita es un carbonato de Zinc y en el análisis no se detectan ni el O ni el C presentes en el compuesto y el software evalúa los resultados como si fuera ZnO. Para determinar el porcentaje de este error se diseñó una metodología que consiste en calcular el contenido de Zn en una muestra de Smithsonita pura de tres maneras: teóricamente a partir de la fórmula química y el peso de la muestra, a partir del refinamiento Rietveld por XRD de un patrón de difracción por polvos y mediante XRF; posteriormente se repiten los cálculos nuevamente con mezclas de Smithsonita con cantidades conocidas de ZnO. Los resultados obtenidos de este procedimiento se presentan en este trabajo; se explican las diferencias obtenidas y se establece un porcentaje de error que sirve de referencia. Se propone la continuación de la metodología repitiendo la cuantificación mediante otras técnicas y añadiendo otros compuestos como silicatos de Zn en las mezclas.

Conductividad óptica y bandas de energía de la interacción de una monocapa de Difosfuro de Niobio NbP2 con Oxido de Carbono

En este trabajo se hace un estudio de primeros principios para calcular las bandas de energía y la conductividad óptica de una monocapa de Difosfuro de Niobio (NbP2) cuando interacciona con una molécula de Oxido de Carbono CO, utilizando la teoría funcional de densidad y la dinámica molecular a 300K y presión atmosférica. Primeramente, se obtiene la estructura de mínima energía para el sistema de NbP2 - CO. Posteriormente, se calculan las bandas de energía, las funciones dieléctricas y la conductividad óptica de este nuevo sistema. Con la adsorción de la molécula de monóxido de carbono, el sistema sigue siendo un metal, como podemos ver en el cálculo de la estructura de la banda de energía. Se observa que una banda cruza el nivel de Fermi cuatro veces y otra dos veces.Para la conductividad óptica se observa que existen tres picos bien definidos de similar magnitud, encontramos que la conductividad máxima se observa a 9.8 eV , ubicado en la región de la luz ultravioleta, con un valor de 4.96 x 10^15/s. Hemos realizado nuestros cálculos utilizando el código de Quantum Espresso , con la aproximación GGA y GGA modificado para interacciones Van der Waals.

Transición de fase magnética en función de la presión en FeGe: un estudio de primeros principios

Se presenta un estudio de la evolución de las propiedades estructurales y electrónicas en el compuesto FeGe, con estructura B20 no-centrosimétrica, en función de la presión, para dos diferentes fases magnéticas: no-magnética (NM) y ferromagnética (FM). Se han realizado cálculos de primeros principios mediante la teoría del funcional de la densidad (DFT), usando el método de pseudopotenciales con bases mezcladas (MBPP). Se analizan las propiedades estructurales (volumen y módulo de compresibilidad) para obtener la ecuación de estado p-V de cada sistema (NM y FM) y poder calcular la presión de transición de fase magnética a no-magnética. Para diferentes valores de presión, se calculan la densidad de estados y estructura de bandas, obteniendo una contribución mayoritaria de los estados Fe(d), mientras que la contribución minoritaria de los estados Ge(s) y Ge(d) cambia a medida de la presión aumenta, pero solo para uno de los canales de espín. Finalmente, se observa una transición de estado metálico a semiconductor para presiones mayores a la presión crítica.

Aleaciones y óxidos de alta entropía, dos rutas de síntesis

Los sistemas multicomponentes son materiales que han despertado gran interés científico-tecnológico por su estabilidad térmica y sus propiedades de dureza y resistencia. Algunos de estos sistemas presentan una muy alta entropía cuando constan de 5 o más componentes que se distribuyen aleatoriamente en una red cristalina simple común. Un primer grupo es el de las llamadas aleaciones de alta entropía (HEAs) las cuales se caracterizan por ser monofásicas, BCC y FCC principalmente. El segundo grupo son los óxidos de alta entropía (HEOs) los cuales tienen un gran potencial para el uso en baterías de $Li^{+}$. En este trabajo se aborda la síntesis de dos diferentes sistemas que pueden presentar alta entropía: la aleación $MoNbPdZrGeCo_{x}$ (x = 0.00, 0.05, 0.10, 0.15 y 0.20) para la cual se utilizó la técnica de fusión por horno de arco eléctrico con atmósfera controlada y el sistema óxido $(TiYMNbLaFe_{x})O_{y}$ con (M = Zr, Cr) y (x = 0.00, 0.05, 0.10, 0.15 y 0.20) realizado mediante reacción de estado sólido. Se abordan los resultados preliminares de las estructuras de ambos sistemas así como los métodos para su obtención.

Propiedades electrónicas y estructurales de la cromita LaCrO_{3} dopado con Mn

La cromita de Lantano, LaCrO_{3} es una cerámica tipo Perovskita con variantes cristalinas, cúbica (grupo espacial: Pm3m) y ortorrómbica (grupo espacial: Pnma y Pbnm). En este trabajo se sintetizó la cromita de lantano de grupo espacial (Pnma), con parámetros de la red: (a= 5.4803 Å, b= 7.7599 Å, c= 5.5168 Å). Se investiga el efecto en la estructura cristalina y las propiedades dieléctricas originado debido al reemplazo del ion Cr^{3+} por un ion aliovalente de Mn. Mediante la técnica de reacción en estado sólido, difractometría de rayos x y refinamiento de Rietveld, se optimiza la ruta térmica de síntesis de los sistemas policristalinos LaCr_{1-x}Mn{x}O{3} (con x= 0.0, 0.025, 0.05, 0.075, 0.1). Se miden la constante dieléctrica, polarización eléctrica en función de la frecuencia del campo eléctrico aplicada para cada una de las muestras policristalinas Los resultados son analizados y comparados con otros sistemas con sustituciones de metales de transición.

Síntesis de KNN dopado con Ba

Las cerámicas piezoeléctricas (K,Na)NbO_3( KNN del inglés Potasio-Sodio y Niobio) son de gran interés, ya que presentan propiedades análogas a las cerámicas basadas en PZT (Del inglés titanio-Zirconato de Plomo) además, de que son más amigables con el medio ambiente, debido a que son libres de plomo. En este trabajo se presenta la síntesis de la cerámica piezoeléctrica libre de plomo, basada en neobatos, mejor conocidas como KNN por medio del método de estado sólido. Los precursores utilizados son: Carbonato de bario (BaCO3) y Carbonato de Estroncio (SrCO3). El objetivo principal es obtener el KNN puro y posteriormente doparlo con Ba y Sr y (Nb_2 O_5) como precursores, empleando una rampa de temperatura 1100 °C a 12 horas. Se presentan estudios de difracción de Rayos X, polarización eléctrica, así como de sus propiedades eléctricas y dieléctricas.

Estudio estructural del sistema $YBa_4Fe_3O_{11-\delta}$ dopado con Mn

El compuesto $YBa_4Fe_3O_{11-\delta}$, es un material cerámico de estructura cristalina cúbica (grupo espacial Pm3) con parámetro de red $a=8.1 Å$. Este sistema resulta de sustituir completamente el $Cu$ por $Fe$ en $YBa_4Cu_3O_{\delta}$ . En este estudio se analiza la variación estructural, especialmente parámetros de red y ángulos de la celda cristalina que resulta del dopaje con $Mn$ en el sitio del $Fe$. Se determina el límite de solubilidad del $Mn$ en la estructura. La síntesis de las muestras se realiza por el método de reacción en estado sólido. Mediante difracción de RX de muestras policristalinas (Difractómetro D8 Advance) se evalúan cuantitativamente las fases presentes, así como los datos estructurales. El análisis termogravimétrico de la muestra inicial revela la temperatura ideal de síntesis del sistema. Se compara la estructura y propiedades del compuesto $YBFO_{11}$ al ser dopado con diferentes átomos.

Determinación de la ruta térmica eficaz para la formación de $YFeO_{3}$ y efecto del dopaje con Sn en el sistema

El compuesto $YFeO_{3}$ es un sistema multiferroico que tiene una estructura cristalina de perovskita ortorrómbica con grupo espacial Pnma, lo cual le permite estar entre los materiales de importancia en la industria moderna debido a sus propiedades ferroeléctricas, ferromagnéticas y ferroelásticas, en consecuencia, sus aplicaciones están presentes en dispositivos tales como sensores y memorias opto-magnéticas. En este trabajo se reporta la ruta térmica más efectiva para sintetizar el compuesto $YFeO_{3}$ mediante el método de reacción en estado sólido, así como el efecto en su estructura al sustituir Sn en el sitio octaédrico del Fe. Se realiza refinamiento de estructura por el método de Rietveld para evaluar el comportamiento de los parámetros de red en función de la composición de Sn para los sistemas $YFe_{1-x} Sn_{x} O_{3}$; con x=0.0,0.025,0.05,0.075,0.1. Se consideran las velocidades de enfriamiento y calentamiento, las temperaturas de sinterización como los factores de control para la síntesis eficaz.

Diseño experimental de metamateriales bidimensionales con disipación

Los materiales electromagnéticos convencionales poseen en general una permitividad eléctrica ε y permeabilidad magnética μ complejas. Si los valores de estas cantidades son simultáneamente negativos se generan propiedades fuera de lo convencional, tales como índice de refracción negativo $n=-\sqrt{εμ}$. Este es el campo de los denominados metamateriales electromagnéticos. De igual manera si las cantidades que rigen la propagación de las ondas elásticas, tales como la densidad de masa ρ y el módulo de volumen $K$ son negativas se obtiene también un “índice de refracción negativo”, esto corresponde al campo de los denominados metamateriales acústicos. En el presente trabajo se diseña y construye un metamaterial acústico con componentes solido-liquido. Se implementa un sistema de medición de la potencia acústica de una onda propagándose en dicha estructura. Se realiza un análisis teórico mediante elemento finito, utilizando el Software COMSOL y se comparan estos resultados con lo obtenido experimentalmente.

Sistemas de moiré unidimensionales: una estrategia de amarre fuerte

Los materiales bidimensionales exhiben estados de borde que se comportan efectivamente como sistemas unidimensionales, cuyas propiedades físicas vienen dominadas por las interacciones electrónicas. Cuando estos materiales son apilados en heteroestructuras de van der Waals, sus estados de borde son expuestos a potenciales unidimensionales de tipo moiré capaces de alterar dramáticamente sus propiedades ópticas, electrónicas y de transporte. Motivadas por lo anterior, estudiamos la influencia de potenciales de moiré sobre dichos estados de borde utilizando la aproximación de amarre fuerte, donde emulamos la pseudo periodicidad de moiré a través del acoplamiento entre cadenas unidimensionales con periodicidades ligeramente distintas. Presentamos las estructuras de banda de superred, y estimamos los efectos de las interacciones electrónicas sobre estas.

Efecto de la electrodeposición de Cu sobre las propiedades magnéticas de hexaferrita de Sr con estructura porosa

En este trabajo se estudió el efecto que el recubrimiento de cobre (Cu) produce sobre las propiedades magnéticas de la hexaferrita de estroncio (SrM). La hexaferrita de estroncio es fabricada utilizando el método de reacción en estado sólido, y la estructura porosa se obtuvo usando el método de réplica a partir un patrón de una esponja de poliuretano. El recubrimiento de cobre se realizó empleando electrodeposición química. Al ser la hexaferrita de estroncio un material no conductor, se determinaron los parámetros óptimos que permitieron la electrodeposición sobre las paredes de sus poros. Las propiedades magnéticas de la SrM fueron cambiadas debido a la fuerte interacción entre el Cu y la SrM, lo cual promovió un acoplamiento de los momentos de magnéticos de los átomos en la superficie. Las propiedades magnéticas del material compuesto son fuertemente dependientes de la cantidad de cobre depositado. La coercitividad (Hc) y el radio de magnetización de remanencia (Mr/Ms) tienden a incrementar hasta un radio en pesos Cu/SrM ~ 0.5. Las curvas dM/dH (SFD) indican la presencia de dos contribuciones magnéticas desacopladas. El cobre fija los momentos magnéticos del hierro en la superficie, incrementando el campo de inversión de la magnetización de las partículas, mientras que en el interior de las partículas la magnetización rota fácilmente, dando como resultado un ensanchamiento en la curva SFD.

Vidrios de $Zn_3(PO_4)_2$ y $NaZn(PO_3)_3$ co-dopados con $Er^{3+}−Yb^{3+}$ como amplificadores de señal

Actualmente existe un gran interés para el mejoramiento de los dispositivos de la red, como los amplificadores ópticos, que deben cubrir un gran ancho de banda y generar una mayor ganancia que los disponibles actualmente. Por tal razón en este trabajo se realizó una síntesis de vidrios de $Zn_3(PO_4)_2$ y $NaZn(PO_3)_3$ co-dopados con Erbio e Iterbio, se caracterizaron por pruebas de transmisión. Este tipo de vidrios tienen propiedades como, alta transparencia, bajo punto de fusión, alta estabilidad térmica, alta densidad de ganancia que se debe a la alta solubilidad, bajo índice de refracción y baja dispersión, lo que los hace óptimos como amplificadores de señal. Los resultados nos confirman que al aumentar el dopaje del ion Iterbio la ganancia del amplificador aumenta, y que la matriz vítrea de $NaZn(PO_3)_3$ presenta una mejor ganancia en comparación con la matriz vítrea de $Zn_3(PO_4)_2$.

Estudio de propiedades electrónicas y ópticas de diferentes apilamientos de bicapa de fosforeno-negro/MoS$_2$

Las heteroestructuras Van der Waals son apilamientos verticales de materiales bidimensionales que han sido de gran interés para aplicaciones en diferentes campos de la ciencia. Un ejemplo es la heteroestructura conformada por una capa atómica de Fosforeno Negro y otra de Disulfuro de Molibdeno (MoS$_2$), la cual ha sido novedosa para aplicaciones electrónicas, fotovoltaicas y optoelectrónicas, debido a su alto coeficiente de absorción para transiciones ópticas, alta movilidad de portadores de carga y alta capacidad de respuesta de fotodetección. En este trabajo se calculan las propiedades electrónicas y ópticas con la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) de una bicapa de Fosforeno-Negro/MoS$_2$ considerando dos posibles apilamientos y usando diferentes funcionales. Este estudio nos permite comparar las propiedades resultantes entre los apilamientos, entender su comportamiento y determinar el apilamiento más estable.

Propiedades optoelectrónicas para diferentes configuraciones de apilamiento de bicapas de GaN bidimensional

La heteroestructuras compuestas por materiales bidimensionales (2D) han despertado recientemente un interés debido a sus propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas inusuales, las cuales difieren notablemente de sus contrapartes tridimensionales. Estas propiedades son muy atractivas para diversas aplicaciones tecnológicas, por ejemplo, en celdas solares modernas, en fotocatálisis y dispositivos optoelectrónicos. Hay un amplio estudio sobre las bicapas de materiales 2D con diferentes configuraciones como las bicapas de grafeno, bicapas de fosforeno, entre muchas otras, incluidas las de nitruro de galio (GaN). En este trabajo, utilizando cálculos de primeros principios basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT), reportamos las propiedades electrónicas y ópticas para dos apilamientos diferentes de bicapas de GaN, AA y AB, considerando varios funcionales de intercambio y correlación y el funcional híbrido HSE06. Se reporta la evolución de las bandas y su respuesta óptica . Se puede concluir que el apilamiento tipo AB tiene un menor energía de bangap $E_{g}$

Escaleras de Wannier-Stark en Oscilaciones Flexionales Gobernadas por la Ecuación de Timoshenko-Ehrenfest

En este trabajo se presenta un análogo del fenómeno cuántico de las Escaleras de Wannier-Stark (EWS), en sistemas elásticos 1D, en vigas de aluminio, que presentan oscilaciones flexionales gobernadas por la ecuación de Timoshenko-Ehrenfest. Con un razonamiento similar al utilizado en ondas torsionales, abordamos las ondas flexionales, cuyo formalismo es descrito por dos ecuaciones diferenciales acopladas de segundo grado, en contraste con las vibraciones torsionales que se rigen por la ecuación de onda. El comportamiento exótico del espectro de frecuencias como función de la longitud, en una viga con sección transversal rectangular uniforme y la naturaleza de la ecuación de Timoshenko-Ehrenfest ponen de manifiesto el reto que constituye la observación de las EWS en ondas flexionales, el cual en este trabajo es resuelto de forma teórica y experimental. En este sentido y por primera vez, un espectro de frecuencias con espaciamiento constante y sus eigenfunciones asociadas bien localizadas emerge de forma natural en un sistema que no es gobernado por la ecuación de onda.

Propiedades electrónicas, magnéticas y estructurales de los sistemas $Eu_2BFeO_7$ donde B=Ru y Co, con estructura tipo pirocloro

Los compuestos de óxidos complejos son sistemas con una amplia variedad de propiedades físicas las cuales en los últimos años han sido atractivas para su desarrollo e implementación en diferentes dispositivos tales como las celdas de combustible de óxido sólido, celdas solares, espintrónicos, multiferroicos, entre otros . Sin embargo, a pesar del gran desarrollo que se ha logrado, existen sistemas que han sido escasamente estudiados, en los cuales, la relación entre la estructura y los grados de libertad de los electrones, específicamente el espín y la carga resulta de gran interés [1]. En este trabajo se presenta el estudio de primero principios de las propiedades electrónicas, magnéticas y estructurales de los sistemas $Eu_2BFeO_7$ donde B=Ru y Co con estructura tipo pirocloro, con base en la teoría del funcional de la densidad y la aproximación LDA+U [2], haciendo uso del código SIESTA [3].$\\$ [1] Karin, M. Rabe, Annu. Rev. Conden. Ma. P. 1 (2010) 211-235.$\\$ [2] J. P. Perdew and Alex Zunger, Phys. Rev. B 23 (1981) 5048.$\\$ [3] García, A., et al., J. Chem. Phys. 152, 204108 (2020).$\\$ Agradecimientos: Los autores agradecen el apoyo parcial para este trabajo proporcionado por el proyecto DGAPA-UNAM IN100222 y IA105121. J. Pilo y J. L. Rosas-Huerta agradecen la beca posdoctoral otorgada por la DGAPA: Programa de Becas Posdoctorales de la UNAM. J. E. Antonio y H. Muñoz agradecen el apoyo de CONACYT y BEIFI-IPN. Los autores agradecen las facilidades de cómputo del Centro de Supercómputo - DGTIC-UNAM, así como a los recursos informáticos, la experiencia técnica y el apoyo brindado por el Laboratorio Nacional de Supercómputo del Sureste de México, miembro CONACYT de la red de laboratorios nacionales. Finalmente, los autores agradecen la colaboración y el apoyo para los cálculos computacionales del grupo de teoría y simulación del ICN2.

Control del flujo de corriente en bicapas rotadas de grafeno

Se propone un dispositivo nanoelectrónico basado en la bicapa rotada de grafeno (TBLG por sus siglas en inglés) que permite controlar el flujo de la corriente. La corriente electrónica y balística que es inyectada en el borde de la capa inferior es guiada preferencialmente hacia uno de los bordes laterales de la capa superior. La corriente es guiada hacia el borde lateral opuesto si el ángulo entre las capas es revertido o si los electrones son inyectados en la banda de valencia en lugar de la banda de conducción. Lo anterior hace posisble el control del flujo de corriente mediante compuertas eléctricas. Cuando las dos capas de grafeno se encuentran alineadas, la corriente atraviesa el sistema sin cambiar su dirección inicial. El ángulo de desviación observado supera el ángulo de rotación y se manifiesta para un amplio rango de parámetros accesibles de manera experimental. El origen de este fenómeno yace en el ángulo de giro y la forma trigonal de las bandas energéticas más allá de la singularidad de van Hove que surgen a partir del patrón de Moiré. Dado que la forma de las bandas energéticas depende del grado de libertad de valle, la corriente desviada se encuentra parcialmente polarizada en el valle. Nuestros resultados muestran cómo controlar el flujo de corriente en sistemas TBLG y son de relevancia tecnológica en aplicaciónes de twistrónica y valletrónica. [1] [1]Sánchez-Sánchez, J. A., Navarro-Espino, M., Ocampo, Y. B., Vargas, J. E. B., & Stegmann, T. (2022). Steering the current flow in twisted bilayer graphene. Journal of Physics: Materials.

Cristales fotónicos Dieléctrico-Grafeno 1D con Celda Unitaria Bi-periódica

En este trabajo investigamos la estructura de bandas fotónicas, la relación de dispersión, así como los espectros de transmisión para un cristal fotónico dieléctrico-grafeno unidimensional de celda unitaria bi-periódica. La celda unitaria consta de $N_1$ y $N_2$ láminas de grafeno incrustadas en medios dieléctricos isotrópicos, que se unen para formar una sola celda unitaria, donde el potencial químico para las $N_1$ láminas de grafeno es $\mu_a$ y para las $N_2$ láminas de grafeno es $\mu_b$. Las bandas fotónicas, la relación de dispersión y los espectros de transmisión de ondas electromagnéticas incidentes se calculan empleando el formalismo de matriz de transferencia; además, se implementa la conductividad óptica del grafeno teniendo en cuenta tanto las contribuciones intra como interbanda. Encontramos que esta estructura fotónica bi-periódica muestra una división de las bandas fotónicas en comparación con el cristal fotónico de grafeno dieléctrico unidimensional convencional, además, este tipo de estructura óptica muestra estados permitidos en la región de banda prohibida de baja frecuencia inducida por el grafeno, lo anterior es debido a la no homogeneidad en la celda unitaria. Finalmente encontramos que los estados permitidos que surgen se pueden ajustar a través de los valores del potencial químico en las láminas de grafeno

Estudio de la correlación sobre la estructura cristalina, propiedades magnéticas y microestructura de la hexaferrita de estroncio mediante la inserción de neodimio

En este trabajo se sintetizaron polvos de hexaferrita de estroncio mediante el método del complejo polimérico (Pechini). Se investigó simultáneamente el efecto del contenido de neodimio, la temperatura de sinterización y la técnica de síntesis sobre las propiedades estructurales, magnéticas y microestructurales de la hexaferrita. Las muestras preparadas se calcinaron a una temperatura de 1100 ºC, durante 2 horas. La distribución de cationes de la hexaferrita se modificó mediante la inserción de iones Nd3+ respecto a los iones Fe3+, esta relación fue igual a Nd/Fe = 0.009, 0.018, 0.027, 0.037. Las muestras se renombraron de acuerdo a la cantidad de elemento dopante; SrM (referencia), Nd1 (0.009), Nd2 (0.018), Nd3 (0.027) y Nd4 (0.037). Se detectó en pequeños porcentajes la presencia de hematita (α-Fe2O3) como una fase secundaria en la muestra Nd4, es decir, cuando se aumentó sistemáticamente la relación Nd/Fe. Las fases cristalinas, la estructura, la morfología de las muestras y el diámetro de partícula se determinaron mediante Difracción de rayos X (XRD), a partir del método de refinamiento Rietveld con el programa MAUD, Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y análisis de las imágenes con el programa ImageJ. Mientras que las propiedades magnéticas se midieron a temperatura ambiente usando un Magnetómetro de Muestra Vibrante (VSM) con un campo aplicado de 20 KOe. Los resultados exhibieron que todas las muestras presentaron fase hexagonal tipo M y los picos característicos de compuestos de Nd cuando Nd/Fe ≤ 0.037 no fueron evidentes. Las muestras poseen un diámetro de partícula de 190.42 nm (Nd1), 130.17 nm (Nd2), 112.93 nm (Nd3) y 118.40 nm (Nd4) respectivamente, con forma de plaqueta hexagonal, alargada y semiesférica. En cuanto a los parámetros magnéticos se obtuvieron valores de Ms = (59.83 – 73.69 emu/g) y Hc (5.60 – 6.04 kOe).

Relación microestructural y de dureza en la unión de acero inoxidable 304 mediante un proceso robotizado

La automatización de parámetros es de suma importancia en procesos de manufactura industrializados. Actualmente la unión por soldadura sigue siendo uno de los procesos de fabricación más empleados en nuestro país, principalmente por la industria automotriz. A fin de lograr tiempos adecuados de producción, buena calidad de los componentes con repetibilidad del proceso, se ha adoptado por automatizar o robotizar los procesos de fabricación. El proceso de soldadura por arco metal y gas (GMAW, por sus siglas en inglés), empleado en modo manual, semiautomático y robotizado, ha sido elegido para su evaluación en un robot industrial con el fin de obtener juntas sanas y de buena calidad. Este es un proceso que emplea metal de aporte y gas de protección a fin de reducir defectos en la unión. En este trabajo de investigación se empleó el proceso GMAW robotizado para la unión de acero inoxidable austenítico 304 y ver los cambios en estado sólido de la junta, y así relacionarlo con una de sus propiedades mecánicas.

Cálculo de los elementos de matriz de dipolo y coeficiente de absorción en potenciales tipo laser cuántico de cascada en $Ga_{1-x}As/Al_{x}Ga_{1-x}As$

Los pozos cuánticos dobles y triples en $Ga_{1-x}As/Al_{x}Ga_{1-x}As$ son frecuentemente utilizados como elementos básicos de los laser cuántico de cascada (Appl. Phys. Lett. 115, 010601 (2019); doi: 10.1063/1.5110305, Sci. Rep. 9, 9446 (2019); doi: 10.1038/s41598-019-45957-8) donde la asimetría juega un rol fundamental en el diseño de posibles dispositivos optoelectrónicos. Para lo cual los estudios de la estructura electrónica y los elementos de matriz de dipolo asociados a los estados de la banda de conducción, da información importante para el cálculo de propiedades físicas como el coeficiente de absorción. Trabajando en la aproximación de masa efectiva y de banda parabólica, en este trabajo, se reporta el cálculo de los elementos de matriz de dipolo, así como del coeficiente de absorción de pozos triples asimétricos, los cuales forman la región activa de un láser cuántico de cascada. Se varió el campo eléctrico, y los componentes estructurales del sistema como el ancho del pozo central de $0$ a $12$ $nm$ y la barrera de la de la derecha de $0$ a $6$ $nm$. Encontramos que se pueden sintonizar los picos del coeficiente de absorción cambiando los parámetros estructurales y que dependen fuertemente del valor de campo eléctrico.

Brewster angle of thermal diffusivity waves at an interface

In this work, we study the existence of the Brewster angle for thermal diffusivity waves. We analyze the propagation of plane thermal waves impinging upon an interface between two media. The condition of zero-reflection defines the Brewster angle. We demonstrate that the Brewster angle only exists for specific combinations of diffusivity and thermal conductivity of the incidence and transmission media.

Estructura electrónica y magnetismo de redes de Kagomé: el caso de la Quetzalcoatlita

La frustración magnética es uno de los fenómenos más interesantes dentro de la física de estado sólido debido a que puede dar origen a exóticos estados de la materia como la superconductividad y el líquido de espín cuántico. Existen redes cristalinas que favorecen la frustración magnética, tal es el caso de la red de Kagomé. La quetzalcotlita $(Zn_6 Cu_3 (TeO_3 )_2 O_6 (OH)_6 Ag_x Pb_y Cl_{x+2y} )$, descubierta en 1973 en una mina cercana a Moctezuma, Sonora, México, es un mineral quasi-bidimensional (Q2D) conformada por capas de Cu perfectamente ordenadas en una red de tipo Kagomé y separadas entre sí por capas de Zn. En el centro de cada estrella se encuentra un átomo de Ag o de Pb cuya distribución a lo largo de la red es aleatoria. A pesar de tener casi 50 años de haber sido descubierta, a la fecha solo se ha realizado la caracterización estructural por medio de difracción de rayos X, por lo tanto, no existe un estudio sistemático de la estructura electrónica y el magnetismo de la Quetzalcoatlita. En este trabajo se realizaron cálculos de primeros principios basados en la Teoría del Funcional de la Densidad para determinar las propiedades estructurales y electrónicas, así como un análisis de las diferentes fases magnéticas para corroborar el carácter magnético del estado base de la Quetzalcoatlita considerando sólo la presencia de átomos de Ag en los centros de la estrella. Finalmente, se realizó una comparación con la información experimental disponible para validar los resultados obtenidos en nuestros cálculos. Encontramos que existe un cambio del carácter metálico a semiconductor de brecha angosta cuando se toma en cuenta el magnetismo. El autor L.F.G. agradece el apoyo otorgado por el CONACyT a través de una beca para estudios de posgrado. Este trabajo fue apoyado por el clúster híbrido de supercómputo “Xiuhcoatl”.

Síntesis por el método de sales fundidas y caracterización estructural de los pirocloros Eu3-xRu1+xO7 con x = 0.0, 0.2 y 0.4

Los pirocloros de rutenio son materiales tecnológicamente importantes debido a que pueden ser utilizados como catalizadores, electrocatalizadores y componentes conductores en resistencias de película gruesa [1]. Sus propiedades electrónicas son de interés intrínseco, ya que los electrones 4d del Ru se encuentran en el límite entre el comportamiento itinerante y el localizado. El sistema pirocloro A2Ru2O7 (A = Y, Bi, Pb, Tl, etc.) tiene una estructura cúbica centrada en las caras (grupo espacial Fd3m) a temperatura ambiente [2]. Los pirocloros de tierras raras muestran una gran diversidad de propiedades, ya que pueden ser utilizados como aislantes eléctricos y semiconductores de baja energía de activación, además, del diamagnetismo, paramagnetismo y ferromagnetismo [3]. En particular los óxidos de pirocloro de rutenio A2Ru2O7 se han estudiado ampliamente por su conductividad y actividad catalítica [3]. En este trabajo se sintetizan muestras de los pirocloros Eu3-xRu1+xO7 con x = 0.0, 0.2 y 0.4, por el método de sales fundidas, el cual reduce el tiempo de calcinación y la temperatura requerida; la caracterización estructural se lleva a cabo con la técnica de rayos X, ademas, se implementó el método de Rietveld para el refinamiento de la estructura cristalina. [1] Subramanian, M., Aravamudan, G., & Rao,(1984). Chem Inform Abstract: Oxide Pyrochlores - A Review. Chemischer Informationsdienst, 15(10). doi: 10.1002/chin.198410 [2] Greedan, J.E., Geometrically frustrated magnetic material. Journal of Material, Chemistry, 2001, II, p.37-53p. [3] Kanno, R., Takeda, Y., Yamamoto, T., Kawamoto, Y., & Yamamoto, O. (1993). Crystal Structure and Electrical Properties of the Pyrochlore Ruthenate Bi2-xYxRu2O7. Journal of Solid State Chemistry, 102(1), 106-114. Agradecimientos: Los autores agradecen el apoyo proporcionado por el proyecto DGAPA-UNAM IN100222 y IA105121. J. E. Antonio agradece el apoyo de CONACyt y BEIFI-IPN. El apoyo de F. Sarmiento y A. Tejeda-Cruz.

Cálculos ab initio de las propiedades estructurales, elásticas y electrónicas del multiferroico YbFeO3 dopado con Co en los sitios de Fe

Las ferritas con tierras raras T.R.FeO3 (T.R. = Dy - Yb), generalmente presentan una estructura ortorrómbica (Pbnm); sin embargo, existen casos en que se han estabilizado con una estructura hexagonal metaestable (P63cm). Son no polares y poseen propiedades ferroeléctricas y ferromagnéticas, lo que las convierte en compuestos multiferróicos de alto impacto científico y tecnológico [1, 2]. En este trabajo se presentan cálculos ab initio empleando el código CASTEP [3, 4] para determinar las propiedades de los compuestos multiferroicos: YbFe1-xCoxO3, con x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6 0.8 y 1.0. Se realizó la optimización geométrica del sistema. Posteriormente se obtuvieron las constantes elásticas. La interacción entre los electrones de valencia y electrones del núcleo se trataron con el funcional Pseudo Potential–Perdew, Burke and Ernzerhof (PP-PBE), bajo la aproximación del gradiente generalizado (GGA) [5]. Se calcularon los parámetros elásticos tales como: el módulo de Young, módulo de corte, relación de Poisson, anisotropía y la temperatura de Debye para los compuestos estudiados, además, de la densidad de estados electrónicos (DOS) y la estructura de Bandas. [1] S. M. Disseler et al., Phys. Rev. Lett. 114, 217602 (2015). [2] S. Cao et al., J. Phys. Condens. Matter 28, 156001 (2016). [3] S.J. Clark, M.D. Segall, C.J. Pickard, P.J. Hasnip, M.J. Probert, K. Refson, M.C. Payne, Z. Kristallogr. 220 (2005) 220. [4] M.D. Segall, P.J.D. Lindan, M.J. Probert, C.J. Pickard, P.J. Hasnip, S.J. Clark, M.C. Payne, J. Phys.Condens. Matter 14 (2002) 2717. [5] W. Kohn, L.J. Sham, Phys. Rev. A 140 (1965) 1133. Agradecimientos: Los autores agradecen el apoyo proporcionado por el proyecto DGAPA-UNAM IN100222 y IA105121. J. E. Antonio agradece el apoyo de CONACyt y BEIFI-IPN. J. Pilo y J. L. Rosas-Huerta agradecen la beca posdoctoral otorgada por la DGAPA: Programa de becas posdoctorales en la UNAM. Los autores agradecen el apoyo de F. Sarmiento y A. Tejeda-Cruz.

Estudio de las propiedades ópticas de bicapa de grafeno rotado

Con la finalidad de determinar futuras y múltiples aplicaciones en la fotónica moderna, y dado que la bicapa de grafeno rotada presenta propiedades ópticas interesantes se estudió la respuesta óptica de sistemas de bicapa de grafeno rotado para diferentes ángulos de rotación entre capas. En este estudio se analizaron los espectros de transmisión (T), reflexión (R) y absorción (A) para un sistema de bicapa de grafeno rotado para diferentes ángulos de incidencia de las ondas electromagnéticas (OM) tanto para polarización $TE$ y $TM$, a través del método de matriz de transferencia tipo Pochi-Yeh. Los espectros ópticos $T$ y $A$ dependen fuertemente del ángulo de rotación entre las capas; para la absorción la amplitud del espectro disminuye conforme el ángulo de rotación entre capas disminuye para ambas polarizaciones; en el caso del espectro de transmisión la amplitud aumente conforme se incrementa el ángulo entre las capas. Para polarización TE obtenemos que conforme se incrementa el ángulo de incidencia de la $OM$ el espectro de transmisión disminuye su amplitud. Por otro lado, para polarización $TM$ el espectro de transmisión se incrementa su amplitud. En el caso del espectro de absorción su amplitud se incrementa para $TE$ y disminuye para $TM$. Finalmente, comparamos los espectros de la bicapa de grafeno rotado con los correspondientes de una monocapa de grafeno prístino.

Estudio experimental del espectro de resonancias en una barra de aluminio con defectos

Cada material es diferente y se distingue de otros materiales por sus cualidades, llamadas propiedades, algunas de sus propiedades mecánicas pueden obtenerse experimentalmente al someterlos a ensayos de esfuerzos estáticos o dinámicos que destruyen la muestra, un método interesante es el método de espectroscopia de resonancia acústica (ARS), que permite obtener propiedades mecánicas de una muestra sin destruirla, en este trabajo utilizamos el método de ARS para obtener las velocidades de las ondas en el medio y así evaluar las propiedades mecánicas de una barra, primero sin defectos, observamos la propagación de las ondas y el cambio en los modos normales al realizar perforaciones. El objetivo es mostrar los efectos producidos en las propiedades mecánicas de la varilla original

Detection of high-order Lamb waves using an end-face injection of ultrasonic pulses

In this work, we report the time-of-flight detection of high-order Lamb waves by using an end-face injection of ultrasonic pulses in plates. We used two piezoelectric transducers attached to the opposite edges of a rectangular plate. We applied the Short Time Fourier Transform (STFT) to determine the time-of-flight. Likewise, we compare the contours of the STFT on the time-frequency spectrogram with the theoretical time-of-flight. This technique defines a broadband map for multiple Lamb waves on the same experimental run. We have found clear evidence not only of the lowest symmetric and antisymmetric modes ($S_0$ and $A_0$) but also of higher order modes ($S_1$, $A_1$, and $S_2$).

Propiedades ópticas no lineales y formación de minibandas de energía en redes de pozos cuánticos de CdS/CdTe

Se presentan los cálculos teóricos de los niveles de energía y los coeficientes de absorción óptica no lineal en redes de pozos cuánticos múltiples de CdS/CdTe bajo efectos de campos eléctricos externos. El número N de pozos cuánticos acoplados, produce la formación de minibandas de energía. Los resultados se presentan en dependencia con el ancho de las barreras, el ancho de los pozos, la magnitud de los campos eléctricos, la concentración del azufre (S) en las barreras de la heteroestructura y el número N de pozos cuánticos de la superred, respectivamente. Se discuten los efectos de los campos eléctricos sobre los niveles de energía, las energías de las transiciones permitidas, en los elementos de la matriz de dipolo y en los coeficientes de la absorción óptica no lineal, además de la combinación de estos efectos en estas propiedades optoelectrónicas. Se analiza la influencia del número N de pozos cuánticos en las respuestas ópticas y en las transiciones electrónicas.

Efecto del confinamiento cuántico en las propiedades electrónicas de nanoalambres de CsSnI3

En los últimos años las perovskitas híbridas de NH3CH3PbI3 han atraído mucha atención debido a sus capacidades para mejorar la eficiencia de celdas fotovoltáicas, sin embargo su baja estabilidad y alta toxicidad evitan que su uso sea amplio en el sector. Es por ello que otros materiales como la perovskita inorgánica CsSnI3 han empezado a ser estudiadas debido a sus capacidades similares pero con mayor estabilidad y menor toxicidad. Hasta el momento no se ha analizado el efecto del confinamiento cuántico en las propiedades de este tipo de perovskitas, lo cual podría ser de gran utilidad para hacer ingeniería de la brecha prohibida de energía y mejorar sus capacidades como absorvedores solares. En este estudio, mediante la teoría de funcionales de la densidad, con la aproximación del gradiente generalizado se analizaron las propiedades electrónicas de nanoalambres de perovskita CsSnI3. Los nanoalambres se modelaron al remover átomos fuera de una circunferencia en la dirección [001] a partir de un cristal pristino de CsSnI3. Los resultados muestran que, como se anticipó la brecha de energía de la perovskita creció respecto a su contraparte en bulto a granel, y que esta brecha disminuye conforme el diámetro del alambre aumenta. Los resultados demuestran que es posible realizar una ingeniería de la brecha prohibida de energía mediante el confinamiento cuántico, lo cual podría ser más controlable que otros métodos como el dopaje, lo cual aumenta las posibilidades del empleo de esta perovskita en aplicaciones fotovoltáicas.

Propiedades electrónicas y estructurales de Mxenos 2D M$_2$C (M=V, W, Ta, Nb, Cr y Mo)

Los Mxenos son carbonitruros de metales de transición, esta familia de materiales fue descrita por primera vez en 2011, los cuales se obtuvieron a partir de la fase MAX del Ti$_3$AlC$_2$, eliminando selectivamente las capas no deseadas de aluminio obteniendo Ti$_3$C$_2$. La M representa un metal de transición y la X a un carbono o un nitrógeno. Nosotros nos referimos a los Mxenos bidimensionales únicamente a las monocapas o muy pocas capas. Los MXenos 2D, exhiben excelentes capacidades de captura de CO$_2$, además de otros gases, y tienen buena estabilidad en el entorno ambiental, lo que lo hace ampliamente utilizado en electrodos de supercondensadores, superconductores, dispositivos biomédicos. Tiene grandes aplicaciones biotecnológicas, en energía como en baterías de iones de litio, en filtración y son prometedores para la producción de hidrogeno fotocatalítico. Cuando su metal de transición es M = Ti, V, Cr, Mn y Mo se espera que sean adecuados para ánodos SIB, y M = Cr, Nb y Mo son adecuados para ánodos LIB. El Grupo 6 ha demostrado ser particularmente fructífero, ya que todos los MXenos basados en Mo y W son superconductores. Sus Tc van desde 6 K hasta 16 K, así como magnetismo, resultado de la interacción entre cargas, orbitales, espín y propiedades estructurales. Los MXenos 2D son materiales prometedores para dispositivos espintrónicos y superconductores ultrafinos, con propiedades multifuncionales y fenómenos de interacción cuántica. En este trabajo se estudiará las propiedades estructurales y electrónicas de monocapas de Mxenos M$_2$C (M=V, W, Ta, Nb, Cr y Mo) en el marco de la teoría funcional de la densidad con ayuda del código WIEN2K. Donde nos enfocaremos en el análisis del comportamiento de los electrones “d” en el nivel de Fermi.

Efectos de la pasivación Hidrógeno + Halógeno en las propiedades electrónicas y mecánicas de carburo de silicio poroso: Un estudio DFT

El carburo de silicio (SiC) ha sido empleado desde hace años en la industria electrónica como semiconductor, y se prefiere en ciertas aplicaciones debido a sus propiedades como alto punto de fusión, alta dureza y resistencia térmica entre algunas otras. En las ultimas décadas, ha existido un gran interés en estudiar las nanoestructuras de SiC, entre ellas encontramos al carburo de silicio poroso (pSiC). En este trabajo se han propuesto 4 tipos de poros, un par con una superficie completamente de carbono y silicio, y otro par con un desbalance de átomos, generando así superficies ricas en carbono y silicio. Para modelar los poros se partió de un cristal de 3C-SiC y se generó una supercelda, después, se le retiraron átomos en la dirección 001 y se pasivaron los enlaces sueltos con hidrógeno, posteriormente se sustituyeron algunos átomos de H con Flúor y Cloro. Los resultados muestran que tanto la naturaleza del poro como la pasivación influyen en las propiedades que se observan, tanto mecánicamente como en la parte electrónica, en esta última se nota un crecimiento de la brecha prohibida cuando existe una concentración mayor de carbono respecto a los casos con silicio. Respecto a las propiedades mecánicas, se observa que los casos ricos en carbono y silicio presentan un módulo de Young parecido, y en los casos con superficie completa de carbono y silicio se observan diferencias notables.

Surgimiento de Estados de Borde en un Cristal Fonónico Bidimensional

Los estados de borde son niveles de energía permitidos que se encuentran dentro de la banda prohibida, y tienen la peculiaridad de que se localizan únicamente en los bordes del material, de tal forma que se comportan como aislantes en el interior y como conductores en las fronteras. En este trabajo se presenta el estudio de la transmisión de vibraciones mecánicas en un cristal fonónico bidimensional finito, el cual posee una estructura periódica formada por placas cuadradas unidas por pequeños conectores. Se obtuvo el diagrama de dispersión, utilizando condiciones de contorno de Floquet para simular un cristal infinito, y se encontró una brecha completa para frecuencias entre 27 kHz y 32 kHz, aproximadamente. Por otra parte, al simular el cristal finito con 64 celdas unitaria, se observó una reducción en lo ancho de la brecha, debido al surgimiento de estados de borde. Finalmente, se utilizó espectroscopía de resonancia acústica para medir los espectros de frecuencia del cristal finito y corroborar los resultados numéricos. Los resultados experimentales demostraron la existencia de los estados de borde y de la banda prohibida predicha. A pesar de que estos estados de borde no corresponden a aislantes topológicos, podrían ser utilizados para el desarrollo de nuevos metamateriales.

Estudio de las propiedades físicas de un composito polimérico con nanopartículas de Sr-hexaferrita

Los nanocompuestos poliméricos NPC están construidos por una matriz polimérica incrustada con nanopartículas inorgánicas que permiten múltiples configuraciones las cuales dan como resultado una variedad de propiedades distintivas con diferentes usos y aplicaciones. En este trabajo estudiamos el comportamiento estructural de una matriz polimérica y su relación con las propiedades de fluorescencia cuando se incorporan nanopartículas magnéticas como relleno. Se desarrollaron películas nanocompuestas de polímero con propiedades multifuncionales utilizando alcohol polivinílico (PV-OH) como matriz polimérica y nanopartículas de hexaferrita de estroncio (Sr-M) como relleno. El número de nanopartículas incrustadas en la matriz se varió para estudiar el efecto de la dispersión de nanopartículas en el comportamiento estructural de la matriz, así como el comportamiento de las propiedades magnéticas. El comportamiento estructural de los PNC se estudió utilizando la difracción de rayos X (DRX) y el método de refinamiento Rietveld. La interacción exhibida entre la matriz polimérica y las nanopartículas magnéticas se analizó utilizando FT-IR, y la caracterización se llevó a cabo mediante magnetometría vibrante y espectroscopia de fluorescencia. Mostramos la estrecha relación entre la disposición estructural tanto de la matriz polimérica como de las nanopartículas magnéticas con las propiedades funcionales del compuesto. Entre nuestros resultados destacamos el efecto de enfriamiento que causan las nanopartículas en las propiedades de fluorescencia de la matriz polimérica como resultado de un cambio en la estructura del polímero. Este cambio estructural fue atribuible a las interacciones planteadas entre el polímero y las nanopartículas. También descubrimos que el número y la disposición de las nanopartículas magnéticas en la matriz polimérica originan un campo magnetostático que cambia las propiedades micromagnéticas de todo el conjunto de nanopartículas.

Efecto caótico por partículas cargadas en un condensador eléctrico con inclusiones cílindricas

En este trabajo se estudia el comportamiento de los efectos caóticos de partículas cargadas en un condensador eléctrico con inclusiones cilíndricas circulares bajo la influencia de un campo de potencial electrostático inhomogéneo. Este sistema está compuesto por superficies conductoras plano paralelas de extensión infinita con un arreglo periódico de inclusiones cilíndricas. Para abordar este problema se hace uso de dos técnicas numéricas, conocidas como el Método de la Ecuación Integral y el Método de Diferencias Finitas. De esta manera, para representar la dinámica de las partículas dentro del condensador se calculan los mapas de Poincaré correspondientes en un espacio fase que forman las trayectorias de las partículas, considerando diferentes parámetros del sistema en cuestión. Obteniendo que, bajo ciertas condiciones, nuestro sistema de estudio presenta un comportamiento caótico, similar a sistemas clásicos con geometrías análogas como lo son los billares de Sinai. El estudio de este sistema permite tener posibles aplicaciones con esquemas de encriptación de la información.

Estructura de bandas de superconductores de alta temperatura crítica

Las propiedades físicas que caracterizan a los superconductores (SCs) de alta temperatura crítica (H-$T_c$) como la resistencia nula, el efecto Meissner, la cuantización del flujo magnético y el efecto Josephson, así como $gaps$ en el espectro de energía de excitación son bien conocidas, sin embargo aún no es posible relacionarlas dentro de la misma teoría. Debido a que la mayoría de los SCs de esta familia pueden considerarse estructuras en dos dimensiones, el actual auge de investigaciones para materiales que presentan esta característica motiva la determinación de su estructura de bandas y sus respectivas propiedades físicas a partir de cálculos de primeros principios. En este trabajo se presenta un estudio ab initio de los SCs de H-$T_c$ en el que se determina su estructura de bandas con distintos dopantes metálicos/semiconductores y en el que se explora la importancia de un acoplamiento medio al considerar las interacciones entre pares de Cooper de electrones y huecos. Adicionalmente se determinan las propiedades termodinámicas que permiten relacionar el estado SC con altas presiones.

Pruebas mecánicas de tracción y dureza en probetas de resina con inclusiones de Cu y PE

Se hizo una optimización de experimentos con 2 factores y 3 niveles para probetas de resina cristal con trazas de limadura de cobre y polímero (PE) variando la concentración en peso de estas hasta el 5%. Posteriormente se estudiaron los efectos de las trazas bajo pruebas de tracción y dureza. A partir de estas pruebas, para cada probeta se determinó el módulo de elasticidad, la dureza, el esfuerzo de cedencia y fractura. Asimismo, se estudiaron los defectos estructurales superficiales de las probetas usando un microscopio óptico. Como resultado de este experimento se pudo identificar la concentración porcentual en peso de inclusiones que da lugar a un material más duro, más resistente o más elástico.

Efecto de la temperatura en las propiedades termoeléctricas de fosforeno nanoestructurado

La termoelectricidad de baja dimensión implica el mejoramiento de las propiedades termoeléctricas de los materiales al reducir su dimensión. Se ha observado que los materiales bidimensionales presentan un incremento de su eficiencia termoeléctrica con respecto al material en bloque, tal es el caso del fosforeno, material 2D considerado prometedor en el área de la termoelectricidad, debido a sus propiedades eléctricas y térmicas. En el presente trabajo, se realiza la nanoestructuración del fosforeno mediante la formación de una barrera electrostática. Se estudian los efectos de la barrera de potencial sobre las propiedades termoeléctricas del fosforeno. Se utiliza la metodología de matriz híbrida para la obtención de la transmitancia del sistema, para electrones propagándose en las direcciones armchair y zigzag del fosforeno. Mediante el formalismo de Landauer se calculan los coeficientes termoeléctricos en función del potencial químico, para diferentes temperaturas. Encontramos como la conductancia electrónica es altamente anisótropa, y presenta mayores valores a lo largo de la dirección armchair. La barrera de potencial genera la aparición de gaps en la conductancia. Además, con el aumento de la temperatura la curva de conductancia se suaviza. Todos estos cambios en la conductancia tienen implicaciones en los coeficientes termoeléctricos, debido a que dependen de está propiedad. El coeficiente Seebeck resulta anisótropo para potenciales químicos altos, con picos de mayor intensidad a lo largo de la dirección zigzag. Para potenciales químicos pequeños el coeficiente Seebeck presenta un comportamiento isotrópico en ambas direcciones. El factor de potencia y la conductancia térmica eléctrica son igualmente anisótropas y con mayores valores en la dirección armchair. La figura de mérito tiene valores más altos en la dirección zigzag. Para todos los casos se presenta el cambio en las propiedades con el aumento de temperatura.

Análisis óptico y mecánico de compósitos hechos de resina cristal con plásticos PLA Y PE

Las propiedades mecánicas presentes en un material dan pauta a la posible aplicación tecnológica-industrial de estos. Es por eso que en este trabajo se estudian bajo pruebas de tracción y dureza probetas de resina cristal con inclusiones de limadura de polímero (PLA) y polímero (PE) variando la concentración en peso de estas hasta un máximo del 5%. Para cada probeta se determinaron el módulo de elasticidad, la dureza, el esfuerzo de cedencia y fractura. Además, con el uso de un microscopio óptico se compararon las superficies de las probetas. Como resultado de este experimento se pudieron contrastar los resultados de las diferentes muestras fabricadas.

Telureno y seleneno: propiedades estructurales y electrónicas de materiales 2d emergentes del grupo vi

Los materiales 2D prometen ser la clave para la nueva revolución tecnológica, por su gran número de posibles aplicaciones novedosas debido a sus características únicas. En años recientes se han sintetizado las formas bidimensionales de dos materiales del grupo VI mostrando distintivas propiedades semiconductoras que los hacen resaltar sobre otros materiales bidimensionales que aún presentan distintos retos para un mayor desarrollo como la banda prohibida cero del grafeno, mala estabilidad ambiental del fósforo negro (BP), baja movilidad del portador de dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) y falta de síntesis eficiente a gran escala. El Telureno y Seleneno, fueron sintetizados en el 2017. El 2D-Te posee una estructura que permite una alta absorción óptica, gran estabilidad en el medio ambiente y gran capacidad de transporte de energía, mostrando en sus diferentes alótropos un aumento de la brecha de energía de ~0.15eV en 3D-Te, 0.7eV en α-Te y 1.2 eV en β-Te. Así mismo 2D-Se presenta una brecha de energía de 0.71 para T-Se y 1.74 eV para C-Se. Entre sus propiedades se encuentran una excelente robustez ambiental, fuerte efecto de fotoluminiscencia y gran respuesta termoeléctrica. Ambos materiales nos brindan prometedoras aplicaciones en transistores de efecto campo, fotodetectores, sensores químicos, celdas solares, así como en biomedicina . En este trabajo, haciendo uso de la teoría funcional de la densidad (DFT) así como del código Wien2k, calculamos las propiedades estructurales, electrónicas del telurio y selenio 3D (3D-Te) , (3D-Se) así como las fases más estables del Telureno (2D-Te) y Seleneno (2D-Se). Además discutiremos sus más recientes avances, retos, métodos de síntesis y perspectivas.

Efectos de la deformación biaxial y uniaxial sobre las propiedades estructurales y electrónicas de grafeno con impurezas de hidrógeno: un estudio de primeros principios

Resumen: Estudios previos han mostrado que la quimisorción de hidrógeno sobre grafeno genera un cambio de hibridación en los orbitales de sp2 a sp3, ocasionando la desaparición de un orbital Pz de una manera efectiva, lo cual induce momentos magnéticos. Por otro lado, trabajos teóricos han demostrado que la deformación podría contribuir a un cambio significativo en las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de grafeno con impurezas sustitucionales. En este trabajo, analizamos los resultados del estudio de las propiedades estructurales y electrónicas del sistema de grafeno con impurezas de hidrogeno quimisorbido, bajo deformación biaxial y uniaxial en las direcciones armchair y zigzag, a través de cálculos de primeros principios basados en la teoría del funcional de la densidad, tal como se implementa en el código SIESTA. Para el sistema en equilibrio con una supercelda 8x8 obtuvimos que las distancias C-H y C-C, para los primeros vecinos son de 1.13 Å y 1.50 Å, respectivamente, generando un ángulo de enlace C-C-H de 102.94⁰ y un ángulo C-C-C de 115.14⁰. Así, la evolución de estos parámetros estructurales y el grado de hibridación como función de la deformación biaxial y uniaxial en el intervalo 0-10 %, muestra que para la deformación biaxial el enlace H-C se mantiene cercana a una hibridación de tipo sp3, mientras que para la deformación uniaxial en la dirección armchair se aproxima a una hibridación del tipo sp2. Con respecto a las propiedades electrónicas, se encontró que la densidad de estados y la estructura de bandas bajo deformación biaxial y uniaxial presentan un estrechamiento en los estados, asociado al aumento en las distancias interatómicas de los átomos de carbono. La banda de impureza también presentó un cambio de 17 a 89 meV, lo que sugiere un comportamiento magnético robusto ante deformaciones, de acuerdo al análisis basado en el modelo de Stoner para banda angosta.

Propiedades magnéticas y de transporte eléctrico de $Dy_{3-x}Sc_xTaO_7$

Los compuestos con estructura cristalina del tipo weberita, como $Dy_3TaO_7$, son, estructuralmente muy próximos a las fluoritas y a los pirocloros. Así, el transporte de carga eléctrica está dominado por especies iónicas, mientras que magnéticamente este sistema puede presentar un comportamiento variado, asociado a la presencia de una frustración magnética por geometría, que se presenta en la segunda vecindad de los cationes magnéticos. En este trabajo se presenta un estudio del sistema $Dy_3TaO_7$ en el que se ha incorporado el cation no magnético $Sc^{3+}$. La estructura cristalina se estudió en el intervalo 300-523 K y también se realizó un estudio de la resistividad eléctrica en varios intervalos comprendidos entre 15 y 950 K. Magnéticamente, el sistema es un paramagneto de Curie-Weiss con una contribución dominada por los cationes $Dy^{3+}$

Mejoramiento de los Parámetros de Rendimiento de un Sensor Óptico SPR con materiales 2D para monitoreo de $CO_2$

Los sensores ópticos basados en resonancia de plasmón superficial (SPR) recientemente han sido utilizados para la caracterización y detección en tiempo real de una amplia gama de compuestos, desde iones, proteínas y virus hasta pequeñas moléculas; lo cual les permite numerosos campos de aplicación como son los del monitoreo medioambiental, seguridad industrial, diagnóstico clínico, así como en el ámbito militar y aeroespacial, entre otros. Altas concentraciones de dióxido de carbono $CO_2$ afecta de manera dañina a los humanos y animales en general, y en particular, en nuestros hogares, lugares de trabajo, escuelas o cualquier otro lugar en interiores, ya que niveles de $CO_2$ de 2,000-5,000 ppm pueden producir en las personas, una baja en el nivel de concentración, dolores de cabeza, aumento del ritmo cardiaco y somnolencia, niveles de 100,000 ppm pueden producir pérdida del conocimiento y los niveles de 250,000 ppm o mayores pueden producir la muerte. En exteriores, altas concentraciones de $CO_2$ producen el efecto invernadero junto con otros gases. Con el avance en el estudio y aplicación de los materiales 2D, dadas sus extraordinarias propiedades, en este trabajo proponemos un sensor óptico SPR en base a materiales 2D, el cual está compuesto de una estructura multicapa con metal (como oro o plata), material 2D (capas de grafeno, o $ZnO$, o dicalcogenuro de metales de transición) y dieléctrico, para monitorear diferentes concentraciones de $CO_2$. Los parámetros de rendimiento del sensor los obtenemos vía reflexión total atenuada a través del método de matriz de transferencia. Encontramos que los parámetros de rendimiento como la sensibilidad, la exactitud de detección y el factor de calidad, pueden ser mejorados mediante la combinación de los metales, el número de capas del material 2D y de los dieléctricos incluidos en el sensor. El trabajo se realiza para diferentes longitudes de onda, encontrando que los parámetros del sensor dependen fuertemente de ella.

Estructura electrónica y propiedades magnéticas de las espinelas $ATr_2X_4$, A=Cd, Mg, Tr=Ho, Er, Tm, Yb, Lu, X=S, Se

En las espinelas $ATr_2X_4$, A=Cd, Mg, Tr=Ho, Er, Tm, Yb, Lu, X=S, Se la tierra rara (Tr) tiene un estado 4f que es muy localizado, por lo que interactua poco con otros átomos y en la Densidad de Estados se ven picos delgados. En el caso que estos picos estén en el nivel de Fermi ($E_f$) y haya un estado que otro nivel o átomo que también esté en Ef entonces el sistema tendrá valencia intermedia, en caso de que haya bandas planas y otras bandas no tan planas en $E_f$ entonces el sistema será un fermión pesado. Los cálculos de estructura electrónica muestran que para Tr=Lu se observa un pico Lu:4f abajo de Ef, y el sistema es aislante. Para Tr=Yb el Yb:4f se mueve a la orilla inferior de la brecha prohibida con $E_f$ en este pico con estados de X, por lo que estos sistemas tienen valencia intermedia y las bandas muestran que también son fermiones pesados. Para Tr=Tm, Er, Ho se tiene que el pico Tr:4f sube a arriba de la brecha prohibida y estos sistemas son aislantes.

Estudio de las propiedades optoelectrónicas básicas del Siliceno monocapa, bicapa y tricapa usando la teoría funcional de la densidad

Los materiales 2D han sido de gran interés para su estudio en los últimos años, debido a sus interesantes propiedades estructurales, eléctricas y ópticas. El Siliceno es uno de esos materiales 2D, que al igual que el Grafeno, posee una estructura hexagonal (panal de abeja) y cuya monocapa es prácticamente de átomo de espesor y que, a diferencia del grafeno, los átomos de la celda unitaria no están exactamente a la misma altura (low-buckled). Las bicapas y tricapas de Siliceno son un excelente escenario para estudiar propiedades optoelectrónicas, ya que su estructura de bandas cambia de manera apreciable en cada caso de esta manera podemos pasar de un sistema semimetálico a semiconductor, derivado de diferentes tipos de apilamientos de estudio, que son el tipo AA, AB, AAA, ABA para bicapas y tricapas, además de considerar la presencia de impurezas. En este trabajo se analizarán las estructuras de bandas y las densidades de estados con dos diferentes tipos de funcionales LDA Y GGA y pseudopotenciales. Logramos reproducir, usando SIESTA (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousand of Atoms), la estructura electrónica de la monocapa, y realizamos los cálculos para bicapas y tricapas con apilamientos AA y AB y discutimos sus principales propiedades electrónicas. Además, se reportará la parte óptica del material calculando la parte imaginaria de la función dieléctrica

Estudio de las propiedades ópticas sistema multicapas de bicapas de Dicalcogenuros de metales de transición con grafeno incrustado

Las propiedades ópticas de los materiales $2D$ en la actualidad son ampliamente estudiadas debido a sus potenciales aplicaciones en optoelectrónica. En particular, las heteroestructuras compuestas del dicalcogenuros de metales de transición ($TMDs$) con algún otro material 2D, digamos grafeno han llamado mucho la atención en recientes años. En este trabajo se estudian heteroestructuras compuestas de $N$ número de bicapas de $TMDs$ con de grafeno incrustado, para diferentes combinaciones de dicalcogenuros. Los espectros de transmisión, reflexión y absorción se calculan mediante el método de matriz de transferencia tipo Pochi-Yeh. Se observa que la absorción de la heteroestructura muestra picos predominantes en frecuencias definidas, moduladas por el número de bicapas, el tipo de dicalcogenuro y del potencial químico del grafeno. Además, la amplitud de la absorción llega a un valor máximo de saturación para frecuencias mayores a una frecuencia característica sin importar el número de bicapas que se tengan. Los espectros se calculan para polarización TE y TM, y se observa una mayor absorción en polarización TM.

Efecto del Li superficial en las propiedades electrónicas de nanoalambres [111]-GaAs

En este trabajo, se estudia la estabilidad energética y propiedades electrónicas de nanoalambres de GaAs pasivados con H, crecidos en la dirección cristalográfica [111] y considerando cinco diferentes diámetros. El modelo considera la sustitución secuencial de átomos de H enlazados con As o Ga por átomos de Li. El estudio se desarrolla utilizando la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), en la Aproximación del Gradiente Generalizado (GGA) incorporados en el código SIESTA. Para todos los sistemas se utilizó una energía de corte de 420 Ry y una malla de puntos k de 1x1x7 para la optimización geométrica. Los resultados muestran que la brecha de energía disminuye como función del diámetro del nanoalambre (confinamiento cuántico). Así mismo, la presencia de Li favorece la estabilidad energética (energía de formación) de los nanoalambres. Finalmente, la energía de enlace es mas favorable para As-Li en comparación con Ga-Li para todos los diámetros estudiados. Estos resultados ayudan a entender como se modifican las propiedades electrónicas de nanoalambres de GaAs debido a la presencia de Li en la superficie.

Una retrospectiva a los pirocloros metálicos como electrocatalizadores OER para la descomposición del agua y la utilización de hidrógeno como combustible

Uno de los problemas más importantes de la actualidad es la generación de energía renovable sobre la generada por los combustibles fósiles, en este contexto se ha trabajado durante los últimos años en la obtención de hidrógeno por medio de la descomposición del agua a través de electrólisis, para favorecer ésta reacción es necesario un catalizador que favorezca la separación del hidrógeno y el oxígeno, en este sentido, los pirocloros son compuestos de gran interés debido a sus diversas propiedades eléctricas y magnéticas, en particular, los pirocloros metálicos han resultado ser buenos catalizadores de reacción de evolución de oxígeno (Oxygen Evolution Reaction, OER, en inglés) para la descomposición del agua y la obtención de hidrógeno, esto debido a su estabilidad estructural. En el presente trabajo se realiza una recopilación de los principales avances que se han hecho en la investigación de pirocloros metálicos con aplicaciones a electrocatalizadores.

Ingeniería de bandgap en superredes de grafeno masivas y no masivas

La ingeniería de bandgap en grafeno se ha convertido en un tema relevante de investigación debido a sus posibles aplicaciones tecnológicas. En este trabajo, se proponen superredes de grafeno masivas y no masivas (MMGSLs) para ajustar las propiedades de transmisión dependientes del ángulo de incidencia de los portadores de carga. Hemos considerado sustratos de ruptura de simetría para generar regiones masivas y no masivas. Reportamos una dependencia angular de los gaps y minibandas de transmisión en función del ángulo de incidencia de los electros de Dirac en MMGSLs. Nuestros resultados muestran que los gaps y minibandas de transmisión tienen una dependencia angular trigonométrica basada en la secante para todo el rango de energía de transmisión. Además, los gaps y minibandas de transmisión están bien definidos a incidencia normal, en contraste con las superredes electrostáticas de grafeno. Estos hallazgos indican que esta clase de sistemas periódicos podrían ser una ruta viable para la ingeniería de bandgap en materiales 2D como el grafeno.

Mejora del rendimiento termoeléctrico en superredes de bicapa de grafeno

El uso de materiales 2D para en la termoelectricidad se ha vuelto tendencia y está relacionado a la alta acumulación de estados en estos materiales de baja dimensión. La bicapa de grafeno es una material cuasi-2D con un futuro prometedor en termoelectricidad, presenta resonancias Fano que pueden explotarse para mejorar el rendimiento de dispositivos termoeléctricos. En el presente trabajo presentamos la interacción entre minibandas de energía y resonancias Fano en superredes electrostáticas basadas en bicapa de grafeno y sus efectos en las propiedades termoeléctricas, tales como el coeficiente Seebeck, el factor de potencia y la figura de mérito.

Análisis de las propiedades mecánicas y estructura macroscópica de probetas de resina cristal compuesta con plástico PE y cobre

Dentro del estudio de los materiales, el diseño, la síntesis, la caracterización y optimización de nuevos materiales son de gran importancia para el desarrollo tecnológico. Por tal razón se estudiaron los efectos de tracción y dureza de probetas de resina cristal con inclusiones de dos materiales diferentes. Con este fin se realizaron probetas de resina cristal con variaciones en concentración de peso de limadura de cobre y del polipropileno (PE) hasta un 5%. A partir de estas pruebas, para cada probeta se determinó el módulo de elasticidad, la dureza, el esfuerzo de cedencia y la fractura. Asimismo, se estudió la estructura superficial de las probetas usando un microscopio óptico. Como consecuencia de este análisis se propone que la concentración porcentual en peso de inclusiones da lugar a un material con diferentes propiedades a la probeta base.

Estudio de primeros principios de las propiedades estructurales y electrónicas de cintas de porfirinas de magnesio fusionadas

Las porfirinas son esenciales en distintos procesos biológicos y químicos de gran importancia, entre ellos la fotosíntesis, así como el almacenamiento y transporte de oxígeno en la sangre. El estudio de las porfirinas y sus macrociclos relacionados, ha permitido a la comunidad científica proponer numerosas aplicaciones tecnológicas en distintas áreas, como en celdas solares, sensores químicos, optoelectrónica, espintrónica y nanotecnología. Particularmente, las porfirinas se han utilizado como bloques de construcción para crear estructuras bidimensionales 2D o unidimensionales 1D. Se ha encontrado que las cintas unidimensionales de porfirinas fusionadas con triple enlace (β-β, meso-meso, β-β) poseen un valor muy pequeño del band gap HOMO-LUMO; característica que las convierte en excelentes candidatas a cables moleculares con alta conductividad. En este trabajo se estudiaron las propiedades estructurales y electrónicas de cintas unidimensionales formadas por porfirinas de magnesio fusionadas con triple enlace en las posiciones β-β, meso-meso y β-β. Nuestros cálculos computacionales fueron realizados dentro del marco de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) con la suite de códigos Quantum ESPRESSO. Utilizamos una base de ondas planas, pseudopotenciales de la librería GBRV, y con el funcional de intercambio y correlación en la aproximación GGA con la parametrización de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE).

Cambios en la luminiscencia del nitrato de europio en zeolita natural y sintetica a4

Los materiales con eficiencia luminiscente se han utilizado en una gran cantidad de matrices buscando aumentar más la eficiencia a dichos materiales. El nitrato de europio tiene una gran eficiencia luminiscente y la zeolita natural como la sintética tienen una facilidad de intercambiar iones y alojar materiales en sus cavidades de tamaño nanométrico. La interacción del nitrato de europio con la matriz de la zeolita genera cambios en el espectro luminiscente del nitrato de europio puro que pueden ser debido a la formación de clústers de europio y que posiblemente sean sensible a los aumentos de temperatura o bien cambios en el tiempo.

Estructura cristalina, morfología y caracterización espectroscópica del compuesto $Gd_2TiO_5$ sintetizado por sales fundidas

Se presenta el estudio de la estructura cristalina y morfología del compuesto $Gd_2TiO_5$ con estructura ortorrómbica $Pnma$ sintetizado por el método de sales fundidas con un tratamiento térmico a 1300 ºC por 2 horas en una mezcla equimolar de sales NaCl:KCl. Se muestra que las condiciones de síntesis permiten obtener la fase con un alto grado de pureza (con un 5% correspondiente a la fase pirocloro $Gd_2Ti_2O_7$ ($Fd3m$)). La caracterización espectroscópica mediante UV-Vis por reflectancia difusa permite determinar la brecha óptica (Eg = 4.41 eV) y muestra al compuesto como un semiconductor emisor de luz para longitudes de onda por arriba de 320 nm. Con los resultados de la espectroscopía Raman se identificó una importante contribución de bandas de fluorescencia para regiones superiores a los 1200 cm-1. Adicionalmente, se realiza una comparación de los resultados experimentales con cálculos a primeros principios (DFT).

Solubilidad del gadolinio en la hexaferrita de plomo

En este trabajo se estudió a solubilidad del gadolinio en hexaferrita de plomo y el efecto que produce su incorporación sobre las propiedades estructurales de la hexaferrita. Se demostró que el gadolinio ocupa preferencialmente el sitio del plomo, teniendo una solubilidad limitada en la estructura cristalina. La hexaferrita de plomo sustituida se basó en la fórmula química Pbx Gdx-1 Fe12 O19 (x = 0,00, 0,05, 0,10, 0,15, 0,20 y 0,30) y se preparó utilizando el método de reacción en estado sólido a partir de polvos micrométricos. Se optimizaron los parámetros de síntesis asociados con la fabricación para obtener la hexaferrita sustituida con gadolinio a una temperatura de 1000 °C. Las propiedades estructurales se evaluaron mediante difracción de rayos X y el método de refinamiento de Rietveld, mientras que las características morfológicas se analizaron mediante microscopía electrónica de barrido. Los resultados muestran que la incorporación de gadolinio en la estructura de hexaferrita tiene un fuerte impacto en la estructura cristalina, lo cual es relevante debido al fuerte acoplamiento magnetoestructural que presentan este tipo de compuestos.

Efecto de la transición cristalográfica en la Perovskita Doble Sr(2 – x)NdxFe(1 + y)Mo(1 – y)O6 en las propiedades magnéticas

Las doble perovskitas, con fórmula ABB’O3, son compuestos con gran relevancia debido al gran número de aplicaciones en espintrónica. El compuesto Sr2FeMoO6 (SFMO), es bien conocido por su polarización del spin, magnetorresistencia a bajo campo y alta temperatura de Curie (TC). Al sustituir el Estroncio con átomos trivalentes, principalmente lantánidos, se aumenta intrínsecamente el número de electrones itinerantes y, por ende, la TC. En el presente trabajo se reporta la síntesis por estado sólido y la caracterización del compuesto Sr(2 – x)NdxFe(1 + y)Mo(1 – y)O6 (y=x/2) (0.05 ≤ x ≤ 0.45). Por difracción de rayos-X, se observo una transición de fase estructural de tetragonal a monoclínica en el compuesto Sr2-xNdxFe1+yMo1-yO6 en el rango de x = 0.10 a x = 0.15, esto de acuerdo con sus propiedades magnéticas y magnetorresistivas. La temperatura de Curie determinada por termogravimtría, aumenta con el contenido de Nd justo después de la transición estructural. Además, el aumento del dopaje de Nd hasta x = 0,45 en la estructura de doble perovskita conduce a una pérdida de magnetización de alrededor del 98% debido a los antisitios en la estructura.

Estudio teórico en superconductividad isotrópica y anisotrópica en nanoalambres

Se sabe que el aluminio en bulto es superconductor a temperaturas menores a 1 K, mientras que las nanopartículas de aluminio presentan formación de pares de Cooper hasta los 100 K, sin que se manifieste la superconductividad. Esto indica que la reducción de dimensiones del sistema podría aumentar la temperatura crítica de un superconductor. En este trabajo, a partir del modelo de Hubbard extendido se resolvieron las ecuaciones de Bogoliubov-de Gennes, obteniendo la brecha superconductora tanto en simetrías s como d para nanoalambres. Nuestros resultados muestran que la temperatura crítica aumenta debido al confinamiento cuántico conforme se disminuye el grosor, hasta llegar a un punto máximo después del cual, si se sigue reduciendo el tamaño del nanoalambre, la temperatura crítica disminuye debido al criterio de Anderson.

Estudio de las propiedades estructurales, ópticas y de florescencia de un compuesto híbrido a base de ácido carmínico incrustado en una matriz de sílice

Uno de los desafíos de trabajar con el ácido carmínico, ha sido aprovechar sus propiedades en el desarrollo de materiales híbridos, lo cual, requiere estudiar sus propiedades físicas y su interacción con la matriz. También es deseable evitar su degradación en diferentes condiciones, particularmente cuando se somete a una temperatura elevada. En este trabajo, el comportamiento de las propiedades de fluorescencia se investigó a partir de un compuesto híbrido de ácido carmínico sometido a diferentes temperaturas y a diferentes pH. El ácido carmínico se extrajo de la cochinilla mexicana, una mezcla se estabilizó con sacarosa, y la otra se utilizó en sin sacarosa. Luego, el colorante resultante se incrustó en una matriz de sílice utilizando el método sol-gel. La reacción de hidrólisis se estableció experimentalmente usando las proporciones de 4:1 de etanol a TEOS y 11:1 de agua a TEOS. El polvo de color rojo obtenido contiene ácido carmínico en equilibrio con la sílice. La caracterización de las partículas híbridas se llevó a cabo utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM), emisión de fluorescencia, FT-IR, UV-vis y DRX. Los componentes orgánico-inorgánicos muestran una intensa interacción capaz de cambiar la emisión de fluorescencia y mejora de la estabilidad térmica de las moléculas orgánicas incrustadas en la sílice. Los resultados también muestran franjas de funcionalidad del ácido carmínico con diferentes pH y a ciertas temperaturas; sin embargo, el espectro de fluorescencia muestra su intensidad máxima a 400 °C con un pH de 5.7, mientras que a temperatura ambiente lo muestra con un pH de 12. Estos comportamientos se han atribuido a la evolución estructural de la matriz inorgánica y su estrecha interacción mostrada con el colorante orgánico.

Efecto del dopaje y funcionalización en la capacidad de almacenamiento de H2 en SiGe 2D

La transición energética global hacia una sociedad neutra en carbono requiere una profunda transformación de la generación de electricidad, así como de los sistemas de energía eléctrica. El hidrógeno tiene un importante potencial para acelerar el proceso hacia el uso de energías limpias y renovables, sin embargo, su integración en los sistemas de almacenamiento de energía sigue siendo un tema de estudio. A diferencia de los enfoques de almacenamiento de hidrógeno convencionales, los métodos que incluyen nanomateriales se basan en fisisorción y/o quimisorción para inmovilizar y almacenar hidrógeno en estado sólido. El almacenamiento de hidrógeno basado en nanomateriales generalmente se considera una alternativa más segura y práctica, adicionalmente se han reportado numerosos estudios sobre como la inclusión de defectos, en particular el dopaje y la funcionalización en los nanomateriales pueden mejorar su capacidad de interaccionar con diferentes átomos [1]. En este trabajo se estudiaron mediante cálculos a primeros principios los efectos del dopaje con B y la funcionalización con metales ligeros en la capacidad de almacenamiento de hidrógeno de una monocapa de siligeno (2DSiGe). Los resultados obtenidos indican que la agregación del dopaje de B mejora la interacción entre los metales y el 2DSiGe, aumentando la energía de enlace de los metales. Por otra parte debido al efecto de la funcionalización se aumentó de manera considerable la cantidad de H2 almacenado, siendo de 1 H2 en su forma prístina hasta 7 H2 para los casos funcionalizados con K y Ca, un aumento del 700%. Los resultados del efecto de presión y temperatura sugieren que los sistemas funcionalizados con Na y Ca podrían ser estables a presiones bajas y a temperatura ambiente, donde el 2DSiGe podría ser un nanomaterial prometedor en el sector del almacenamiento de energía [2]. [1] A. N. Sosa, et. al. Int. J. Hydrogen Energy 46, 29348-29360 (2021) [2] B. J. Cid, et. al. Int. J. of Hydrogen Energy (2022)

Búsqueda y análisis de las estructuras más estables de pequeños cúmulos de bimetálicos de AgAu

En este trabajo se reportan las estructuras más estables de cúmulos atómicos de plata y oro que fueron obtenidas por medio de una técnica de algoritmo genético. El número de estructuras que se puede tener para un cúmulo de tamaño fijo aumenta exponencialmente con el número de átomos, más aún cuando se tienen dos tipos de átomos. Este tipo de sistemas generan una hipersuperficie de energía potencial compleja y hace necesario la utilización de una técnica de búsqueda de mínimo global. El Mexican Enhanced Genetic Algorithm (MEGA), desarrollado por uno de los autores, hace uso de las ideas de la teoría evolutiva para llevar a cabo una búsqueda selectiva de las mejores (y más probables) estructuras relajando los candidatos por medio de un paquete basado en la teoría del funcional de la densidad (DFT por sus siglas en inglés). Además de analizar las características de los cúmulos así obtenidos, se genera el espectro vibracional para poder comparar con resultados experimentales de espectroscopía de infrarroja lejano.

Reconstrucción y estructura de bandas de TaS2

El TaS2 es un dicalcogenuro de metal de de transición (TMD) con uno de los diagramas de fase más ricos en estructuras. Sus fases se pueden agrupar en conmensurables, cercanamente conmensurables y no conmensurables dependiendo del rango de la reconstrucción que sucede bajo diferentes condiciones. Se ha encontrado que a temperatura ambiente ocurre una reconstrucción en el que los átomos de Tantalio se mueven formando “estrellas de David”. Sin embargo, el apilamiento de las diferentes capas puede llevar a una estructura hexagonal o una triclínica. En este trabajo se estudian dichos apilamientos y las consecuencias que tiene en su estructura de bandas utilizando un paquete basado en la teoría del funcional de la densidad.

Modelación, estudio numérico y simulación computacional de formación de la descomposición espinodal de dominios magnéticos mediante un funcional de energía libre

El estudio de los materiales paramagnéticos y ferromagnéticos bajo los modelos convencionales de la electrodinámica, la aproximación de Weis, la teoría de Bloch e inclusive el modelo de Ising (isotrópico y anisotrópico) no explican del todo la formación de dominios magnéticos. Este fenómeno es ampliamente explicado en sistemas de mezclas fluidas in-mezclables y existen unos pocos estudios numéricos de modelos matemáticos para explicar el comportamiento de descomposición espinodal en sistemas magnéticos como la ecuación de Ginzburg-Landau dependiente del tiempo. En este trabajo proponemos un nuevo modelo a partir de la energía libre y la ecuación de Chan-Hilliard la cual cumple la ley de acción de masas (además de la ecuación de continuidad). Se calcula numéricamente y se simula la dinámica no lineal de la formación de dominios magnéticos y su cambio en el tiempo en la energía libre. La simulación numérica es programada en lenguaje de programación Python obteniendo distintos patrones espacio-temporales 2D de descomposición espinodal similares a los presentados en materiales paramagnéticos y ferromagnéticos.

Método para obtener imágenes de campo oscuro con electrones afectados por Dispersión Térmica Difusa con un detector anular de gran ángulo en Microscopía Electrónica de Transmisión

La dispersión incoherente generada por la vibración térmica de los átomos en un arreglo cristalino, genera una distribución de intensidades que puede ser captada en una imagen de alta resolución obtenida por un detector anular en campo oscuro, lo que se conoce como Annular Dark Field ó ADF-STEM, en donde el contraste de la imagen es obtenido como la intensidad integral sobre un tiempo de exposición [1,2]. Entonces, la dispersión de los electrones por una columna atómica depende de la especie del átomo y de los cambios en la periodicidad del cristal porque se trata de una combinación de las vibraciones de red y las fluctuaciones atómicas [3,4]. En el presente trabajo hemos registrado los cambios en la distribución de intensidades debidos a la dispersión térmica difusa en un óxido complejo Nb16W18O94 utilizando el detector anular de alto ángulo de campo oscuro en STEM (HAADF-STEM) en un microscopio JEM 2010f Fastem. En este microscopio no se cuenta con el detector intermedio de ADF utilizado para la observación de fenómenos de dispersión térmica difusa, por lo que se uso ingeniosamente un arreglo de aperturas objetivas para detectar la señal proveniente de las vibraciones térmicas del arreglo atómico. En comparación se obtuvieron algunas imágenes del mismo oxido complejo en un microscopio JEOL 2200 con corrector de aberración esférica en lentes condensadoras, el cual cuenta con el Detector ADF-STEM y se compararon los resultados. En ambos casos se obtiene evidencia contundente de la dispersión térmica difusa generada en las zonas de cambio de cristalinidad de la muestra y por supuesto en las fronteras de grano del material.

Estudios de las propiedades optoelectrónicas básicas del borofeno prístino y dopado con Al y Ga por medio de DFT

En la actualidad, los materiales bidimensionales son ampliamente estudiados tanto teórica como experimentalmente, ya que son prometedores para aplicaciones electrónicas, fotocatalizadoras y optoelectrónicas, por mencionar algunas de las más importantes, sin dejar de lado el interés en sus propiedades desde el punto de la ciencia básica. Tras el descubrimiento del grafeno, se han llevado a cabo muchas investigaciones para descubrir alótropos bidimensionales de otros elementos y sus heteroestructuras, entre los cuales se encuentra el borofeno, que debido a las interesantes propiedades físicas y químicas, como lo son su excepcional complejidad estructural, dureza extrema y alta estabilidad química, ha llamado mucho la atención, por lo que en este trabajo estudiaremos el borofeno, desde el punto de vista de sus propiedades optoelectrónicas básicas. Se calculará sistemáticamente las propiedades de interés como lo es la estructura de bandas y densidad de estados dentro de los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT, por sus siglas en inglés) para una monocapa de borofeno y para una capa de borofeno con impurezas de Al y Ga. Todo lo anterior en SIESTA (acrónimo para “Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms”) que es un método y un programa computacional para para cálculos de estructura electrónica. Haremos el estudio con los funcionales LDA y GGA y discutiremos de sus propiedades desde el punto de vista básico.

Estudio teórico del Silicio poroso con superficies hidrogenada, fluorada y oxidada para aplicaciones de sensado de gases contaminantes

*Autor de correspondencia: je.castellanos@ugto.mx$\\$ Palabras clave: DFT, Silicio poroso, Adsorción$\\$ En este trabajo se presentarán cálculos de primeros principios para el estudio de las propiedades estructurales y electrónicas de la interacción de diferentes superficies del Silicio poroso ($SiP$) con las moléculas de $CO$, $NO_2$, $O_3$ y $SO_2$, por sus aplicaciones como sensores de gases. Se estudiarán las superficies del $SiP$ con terminación en hidrógeno, hidrógeno+$F$ e hidrógeno+$O$, las cuales ofrecen una mejor representación experimental. Asimismo, para nuestro estudio, se considerarán las porosidades del $SiP$ al 15.62%, 28.12% y 40.62%. Para determinar la configuración de mínima energía se utilizará la Teoría del Funcional de la Densidad ($DFT$, por sus siglas en inglés) [1, 2]. Se analizarán la distancia de interacción, la energía de interacción, la energía de la banda prohibida y la densidad de carga de los sistemas propuestos para determinar si las interacciones podrían producir cambios en sus propiedades ópticas. La corrección a la subestimación del ancho banda prohibida, se hará mediante funcionales híbridos del tipo $HSE$ [3]. Para propósitos comparativos, se estudiará la interacción entre las superficies porosas del $SiP$ y la molécula de agua.$\\$ $Referencias:$$\\$ [1] P. Hohenberg y W. Kohn, Physical review Vol. 136, No. 3B, B864 (1964).$\\$ [2] W. Kohn y L. J. Sham, Physical review Vol. 140, No. 4A, A1133, (1965).$\\$ [3] J. Heyd y G. E. Scuseria, The Journal of chemical physics Vol. 121, No. 3, 1187-1192 (2004).$\\$ $Agradecimientos:$$\\$ La División de Ingenierías, del Campus Irapuato-Salamanca, de la Universidad de Guanajuato.$\\$ El Laboratorio Nacional de Supercómputo del Sureste de México, por el Proyecto $202101042c$.

Diseño y Simulación Numérica de Aislantes Topológicos y Guías de Ondas Elásticas

Los Aislantes Topológicos elásticos son metamateriales que permiten el control inteligente de la propagación de las ondas elásticas, de tal forma, que pueden ser usados como guías de ondas. En este trabajo se muestra el diseño y la simulación numérica de dos materiales estructurados. En ambos casos, se obtuvieron los diagramas de dispersión utilizando condiciones de contorno de Floquet, donde se localizaron conos de Dirac. A partir de esta propiedad y rompiendo la simetría de la celda unitaria, se obtuvieron transiciones de fase, característica de la teoría de bandas topológica. Este estudio nos permitió diseñar guías de ondas en materiales estructurados, jugando únicamente con la simetría. Por otra parte, se muestran algunos diseños que son reconfigurables, lo cual permite manipular el camino de las vibraciones en materiales estructurados. Estos resultados, podrían tener un gran impacto en el diseño de nuevos metamateriales que permitan el control de las ondas mecánicas o acústicas.

Construcción de un filtro elástico para ondas flexionales en barras de aluminio

En este trabajo se presenta el análisis, diseño y construcción de un filtro elástico para ondas flexionales en un medio estructurado de aluminio. Para realizar tal propósito, primero se resuelven las ecuaciones correspondientes dentro del marco teórico de vigas de Timoshenko, usando el método de Poincaré para diferentes estructuras. El método se aplica a una viga localmente periódica y se obtiene la estructura de bandas en función del factor de llenado (o de la periodicidad de la estructura de la barra). Cada factor de llenado produce diferentes bandas de frecuencia permitida y prohibida. Se seleccionaron dos valores del factor de llenado de tal manera que una banda de la primera barra se superpone con una banda prohibida de la segunda barra. Una tercera viga, compuesta por mitades de las dos estructuras anteriores presenta una composición en la estructura de bandas de las dos primeras. Las barras finalmente se construyen y las vibraciones de flexión se miden mediante espectroscopía de resonancia acústica. Los resultados experimentales muestran un excelente acuerdo con la teoría, mostrando un filtro de banda ancha para el control de las ondas de flexión.

Estudio teórico y modelado de las propiedades térmicas de Si cristalino

En este trabajo se realizan cálculos a primeros principios basados en la teoría del funcional de la densidad para calcular las propiedades electrónicas y vibracionales del silicio (Si) cristalino en bulto. Los cálculos son realizados en una celda primitiva del Si cristalino, usando una energía de corte de 700 Ry y una malla de puntos k de 11 x 11 x 11. Los resultados muestran que el modelo computacional desarrollado reproduce los valores experimentales de la constante de red y distancia a primeros vecinos del Si en bulto con un error menor al 1%, mientras que el comportamiento semiconductor y la naturaleza de la brecha de energía indirecta del Si en bulto se reproducen correctamente. Por otro lado, el cálculo de la estructura de bandas fonónicas o modos normales de vibración, coincide con las reportadas experimentalmente. A partir de los resultados del espectro vibracional, se calcula el calor específico. La curva calórica converge al límite clásico de Dulong – Petit en la región de altas temperaturas, así como al resultado predicho por Debye en la región de bajas temperaturas. Los parámetros usados en este trabajo muestran un buen grado de confiabilidad y pueden utilizarse como base teórica para el desarrollo de futuros estudios en nanoestructuras de Si.  Este trabajo es financiado por los proyectos multidisciplinarios 2020-2091, -2093, -2106 de la Secretaría de Investigación y Posgrado del IPN. Los cálculos se realizaron en la supercomputadora Miztli de DGTIC-UNAM (proyectos LANCAD-UNAM-DGTIC-180 y 381) y el Laboratorio Nacional de Supercómputo del Sureste de México de la BUAP a través del proyecto 201903082N.

Monocapas de GeC para la detención de Li2Sx para su uso en baterías de Li-S

Las baterías cada vez se vuelven una parte importante de nosotros, desde su uso en dispositivos móviles hasta automóviles. Por esta razón, el interés en el estudio de la capacidad de almacenamiento de energía y ciclo de vida útil de nuevos tipos de baterías como las de iones de Na y K, o baterías de Li-S es cada vez mayor. Se han reportado investigaciones sobre baterías de Li-S que tienen una gran capacidad de almacenamiento de energía, sin embargo, el principal obstáculo para su aplicación es el efecto conocido como “Polysulfide Shuttle Effect” (PSE) que surge con la generación de polisulfuros de litio (Li2Sx), tales como, Li2S, Li2S2, Li2S4, Li2S6, Li2S8 y S8, que se transportan del cátodo hacia el ánodo y viceversa durante los ciclos de carga y descarga, degradando la batería y reduciendo su eficiencia de manera significativa. La propuesta presentada en este trabajo consiste en analizar teóricamente, mediante cálculos usando la teoría de los funcionales de la densidad, varios tipos de monocapas de carburo de germanio (GeC-ML’s) siendo estás de 4x4, 5x5, 6x6 y 7x7 cada una interaccionando con el polisulfuro Li2S8, los primeros estudios de esta molécula indican que, al tener más elementos, su tamaño es mayor y la monocapa tiende a deformarse, buscando así el tipo de capa con menor deformación. Sin embargo, los primeros resultados indican que en las capas de 5X5 y 4X4 las capas no sufren deformaciones y tiene una buena interacción. Los resultados preliminares muestran que la energía de adsorción de estas dos capas es de 2.80 y 2.41 eV esto quiere decir que se encuentran en el rango de quimisorción y podrían ser una opción de material catódico para retener estos tipos de polisulfuros.

Efecto del Li/Na intersticial en las propiedades electrónicas de nanoalambres de [110]-Ge

Durante este trabajo, se estudiaron las propiedades electrónicas y mecánicas de nanoalambres de germanio (Ge) pasivados con hidrogeno (H), crecidos en la dirección cristalográfica [110] considerando tres diferentes diámetros. El estudio considera la inserción de átomos de Li o Na en posiciones intersticiales Td considerando diferentes concentraciones para las tres morfologías. Los cálculos se desarrollan a primeros principios (ab initio) utilizando la teoría del funcional de la densidad, en la aproximación de densidad local (LDA) con pseudopotenciales de Trouller –Martins, incorporado en el código SIESTA. Los resultados indican que para algunas concentraciones de Li o Na los nanoalambres tienen comportamientos metálicos y en otras de semiconductor. Por lo que el comportamiento electrónico del nanoalambre depende fuertemente de la secuencia de inserción de Li o Na. Los resultados de la energía de formación, indican que los sistemas se vuelven energéticamente menos estables conforme se incrementa la concentración de átomos de Li o Na. Este estudio ayuda a entender cómo se modifican las propiedades electrónicas de nanoalambres de Ge debido a la presencia de Li o Na intersticial. Agradecimientos Este trabajo es financiado por los proyectos multidisciplinarios 2020-2091, -2093, -2106 de la Secretaría de Investigación y Posgrado del IPN. Los cálculos se realizaron en la supercomputadora Miztli de DGTIC-UNAM (proyectos LANCAD-UNAM-DGTIC-180 y 381) y el Laboratorio Nacional de Supercómputo del Sureste de México de la BUAP a través del proyecto 201903082N.

Adsorción de acetona por medio de la monocapa de germanio para un potencial diagnóstico de diabetes

Según datos del INEGI, 151,019 mexicanos fallecieron por diabetes en el 2020, lo cual, en proporción, equivale a un 14% del total de defunciones en el país. La tasa de mortalidad por diabetes en ese año fue de 11.95 personas por cada 10 000 habitantes y cada año va en incremento. Uno de los puntos clave para el tratamiento exitoso de la diabetes, es la detección temprana ya que es un problema que nos aqueja no solo en México sino también a nivel mundial. Los cuerpos cetónicos o acetona son productos de desechos de grasa, esto pasa cuando el cuerpo reemplaza la grasa por el azúcar para generar energía, las personas con diabetes las producen cuando no tienen suficiente insulina para meter la glucosa en las células, por lo tanto, la acetona es un buen indicador de diabetes. Por otro lado, desde el descubrimiento del grafeno, las nanoestructuras bidimensionales, tales como fosforeno, estaneno, siliceno y germaneno, han atraído gran interés a la comunidad científica. Sus propiedades novedosas y únicas, como la alta relación superficie/volumen, flexibilidad y sensibilidad, lo convierten en un material ideal para diferentes campos de investigación y numerosas aplicaciones. Por lo tanto, se propone la monocapa de Ge como material base para la detección de moléculas de acetona y un potencial diagnóstico de diabetes. La molécula de acetona interaccionó en dos distintas posiciones, con su átomo de oxígeno y por su contraparte metil (CH3). Los resultados sugieren que la molécula de acetona presenta una quimisorción al interaccionar con la monocapa de Ge, obteniendo energías de adsorción de 3.49 eV y 3.33 eV para el caso donde interacciono con su átomo de O y para su interacción con la contraparte de CH3, respectivamente. Este estudio puede proporcionar información útil para desarrollo de dispositivos de biodetección basados en germaneno.

Estudio de las propiedades vibracionales y electrónicas de la perovskita NH3CH3CaBr3

En la actualidad las perovskitas Híbridas metal-haluro han atraído mucha atención debido a sus capacidades como materiales fotovoltáicos. La perovskita más estudiada en este respecto es la de NH3CH3PbI3 (MAPI) la cual ha demostrado relativamente altas eficiencias de conversión energética en celdas solares. Sin embargo, el principal defecto de estos materiales es la presencia del Pb el cual es áltamente tóxico por lo cual se ha estado buscando intensivamente una manera de reducir el mismo en estos materiales, conservando al mismo tiempo sus excelentes capacidades fotovoltáicas. En este trabajo se estudian las propiedades vibracionales y electrónicas de la perovskita NH3CH3CaBr3 (MACaBr) la cual tiene estructura muy similar a la MAPI, mediante una metodología de primeros principios utilizando la teoría de funcionales de la densidad. Se empleó la aproximación del gradiente generalizado con pseudopotenciales conservadores de norma. Se observó que la perovskita MACaBr presenta una brecha de energía muy amplia, superior a los 5 eV lo cual la situaría como un material aislante. Sin embargo, los resultados de las propiedades vibracionales demuestran que la estabilidad de la estructura depende en gran medida de la orientación de la molécula de CH3NH3 dentro de la perovskita, lo cual es indicio de que lo mismo puede suceder en otras perovskitas híbridas metal-haluro, lo cual puede ser de gran utilidad para la descripción de esta clase de materiales

Síntesis de nanocristales de ZrO2: Yb3+ para la obtención de láseres aleatorios

En este trabajo presentamos la síntesis de nanocristales de ZrO2 dopados con tierras raras con Yb y Er, en diferentes concentraciones del 2 al 8 % mediante el uso de la técnica de Sol-gel. Este trabajo de síntesis tiene como objetivo el uso de los nanocristales dopados en aplicaciones de óptica, como lo es la obtención de láseres aleatorios. Las propiedades espectrales, concentraciones y la caracterización cristalográfica de estos nanomateriales fue llevada a cabo mediante el uso de Espectrofotometría de UV-Vis en polvos, Espectroscopía de Fotoluminiscencia, Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), y Difracción de Rayos X (XRD).

Diseño y Modelado de un Sistema Magnético Superconductor Alternativo para una Fuente de Iones SECRAL utilizando Cable en Conducto

SECRAL (del inglés “Superconducting ECR ion source with Advanced design at Lanzhou”) es una ECRIS (“Electron Cyclotron Resonance Ion Source”) superconductora capaz de producir intensos haces de iones altamente cargados. SECRAL logró establecer corrientes de iones récord de estados de carga muy altos. En este trabajo, el Grupo de Investigación de Superconductividad Aplicada de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ) presenta el diseño del sistema magnético superconductor para una ECRIS que tiene en común algunas características con SECRAL. La tecnología de Cable en Conducto (CIC del inglés “Cable-In-Conduit”) se implementó para reducir la cantidad de cable superconductor, reducir el consumo de helio líquido e incrementar el rango operativo del campo magnético dentro de la cámara sin comprometer el diseño. Se llevaron a cabo simulaciones utilizando análisis de elemento finito para optimizar la distribución del campo magnético dentro de una cámara de plasma con las mismas dimensiones de la de SECRAL. El diseño propuesto es capaz de producir un campo magnético axial máximo de 4 T mediante el uso de 4 capas de CIC, cada capa tiene 20 vueltas alrededor de la cámara de plasma. El confinamiento radial del plasma se logra mediante un sextupolo magnético en el centro de la cámara de plasma. Adicionalmente, presentamos un análisis mecánico de la distribución de fuerzas dentro de la bobina superconductora y su efecto en la degradación de la corriente.

Modos de oscilación flexional a frecuencia crítica

La teoría de vigas de Timoshenko es una teoría unidimensional particularmente simple que describe las oscilaciones flexionales de una viga sin estructura sujeta a diferentes condiciones de frontera. Si bien el sistema físico resulta ser muy simple, las predicciones de dicha teoría continúan discutiéndose en la actualidad y contrastándose con experimentos. La principal complicación al momento de comparar la teoría contra el experimento sin duda es la multimodalidad. De esta manera, uno de los aspectos en discusión sigue siendo la existencia de la llamada frecuencia crítica y el comportamiento de las formas de los modos a esta frecuencia. En este trabajo abordamos este punto mediante una teoría bidimensional de estrés plano y un cálculo numérico de elemento finito para mostrar las particularidades de los modos de oscilación a la frecuencia crítica que no habían sido explicadas previamente para condiciones de extremos libres. En particular, encontramos que en unos modos dominan las oscilaciones transversales mientras que en otros dominan las oscilaciones de corte dependiendo de la simetría en las oscilaciones del modo. Estas características resultan contrastantes entre sí y podrían tener relevancia en otros campos de la física como la aeroelasticidad, por ejemplo, al acoplar las oscilaciones flexionales con fuerzas aerodinámicas.

Estudio DFT de la densidad de estados electrónicos de las aleaciones CdTe, GaAs y CdS

Estudio DFT de la densidad de estados electrónicos de las aleaciones CdTe, GaAs y CdS A pesar de haber sido descubierto a principios del siglo XX, el efecto fotoeléctrico encontró una de sus aplicaciones en las celdas solares hasta finales del mismo siglo, teniendo al silicio como uno de los elementos semiconductores esenciales. La eficiencia de las celdas solares de silicio es de cerca del 27 % de la conversión de la energía solar a eléctrica, lo que no las hace tan atractivas, motivo por el cual se han buscado otros materiales que tengan mayor eficiencia, a partir de su ancho de banda prohibida. Para mejorar la eficiencia de las celdas solares se han propuesto otros materiales como el germanio (Ge), el arsénico (As), el galio (Ga) entre otros, además de sus aleaciones (CdTe, GaAs, CdS) cuyas eficiencias de conversión de la energía solar a energía eléctrica es del orden de 34 %. En este trabajo usamos la teoría DFT, empleando el programa de simulación molecular Materials Studio, en particular el módulo CASTEP para determinar su densidad de estados electrónicos, su estructura de bandas y su ancho de banda prohibido. También se presentan los resultados de su estructura geométrica de cada aleación, verificándose su aproximación con los datos experimentales reportados en la literatura [1]. Palabras clave: densidad de estados, teluro de cadmio, teoría DFT, arseniuro de galio. Referencias [1] Página electrónica de NREL, https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html

Anclaje de polisúlfuros mediante germaneno dopado para baterías de Li-S

Debido a la alta relación de volumen-superficie, se han empleado muchos materiales bidimensionales (2D) para aplicaciones de detección y almacenamiento de hidrógeno. En los últimos años, las baterías de litio-azufre (Li-S) han despertado un gran interés para ser usadas como una fuente de energía alternativa debido a las propiedades que esta posee, sin embargo, tiene una gran desventaja debido a su degradación en el ánodo de Li. En los últimos años se han dedicado enormes esfuerzos a resolver este problema. En este trabajo fueron estudiados varios sistemas para mejorar y evitar la degradación de las terminales de la batería, empleando la teoría del funcional de la densidad. En un primer escenario, consiste en interaccionar diversos polisulfuros de Li en diferentes configuraciones en una monocapa de germanio (germaneno) dopada con un átomo de aluminio (Al). Los resultados obtenidos indican que en las diferentes reacciones el adsorbente (germaneno dopado con Al) no sufre deformaciones estructurales considerables. Adicionalmente, la energía de adsorción que se adquirió tiene un promedio de 3.03 eV para la adsorción de diversos polisúlfuros de Li, con ello la energía de adsorción de Li2S2 muestra una mayor magnitud (4.15 eV) a comparación de las otras y el S8 muestra una menor magnitud (1.21 eV). Estos resultados indican que las capas de Ge dopadas con Al pueden ser una opción a futuro para el desarrollo e innovación en la tecnología de baterías de litio-azufre.

Efecto de la funcionalización en la capacidad de almacenamiento de H2 en SnC bidimensional dopado

El hidrógeno es una de las mejores alternativas para satisfacer la demanda futura de energía sostenible y ecológica, debido al uso de este como fuente de energía limpia y renovable. Sin embargo, presenta un problema importante, que es su almacenamiento. En el presente trabajo se investiga la capacidad de almacenamiento de hidrógeno en carburo de estaño bidimensional (2DSnC), estudiando 9 modelos: dopados con Al, B o Ga y funcionalizado con Li, Na o K. El estudio se desarrolla con cálculos a primeros principios a través de la teoría del funcional de la densidad. Se observó que el sitio más estable para la adsorción de los metales alcalinos utilizados para funcionalizar en la monocapa dopada es arriba del centro de un hexágono, donde el átomo dopante es un vértice de este. Los resultados muestran que el Li, Na y K se quimisorben en los modelos de 2DSnC dopados, por lo que el dopaje ayuda al Li, Na y K a mejorar la unión con la monocapa. Posteriormente, se fueron agregando moléculas de hidrógeno alrededor de estos átomos metálicos, los resultados indican que las moléculas están ligeramente fisisorbidas, con una energía de adsorción para el Li con 3 moléculas de H2 adsorbidas para todos los casos sin importar el elemento dopante, con valores cercanos entre 0.22 a 0.25 eV. El caso funcionalizado con Na absorbe hasta 5 moléculas de H2 con energías de adsorción de 0.21. Por último, el caso de K, se adsorben hasta 5 moléculas de H2 para los casos dopados con Al y Ga, y en el caso del B hasta 6 moléculas de H2 con una energía de adsorción de 0.206 eV. Los resultados muestran que todos los casos estudiados de moléculas de H2 adsorbidas sobre 2DSnC dopado decorado con Li, Na y K son energéticamente favorables para su posterior desorción, lo que refleja que el 2DSnC decorado tendría potencial aplicación como material aplicado al almacenamiento de hidrógeno

Aplicación de efectos termoeléctricos en estructuras de baja dimensión para refrigeración doméstica con fines de mejora energética

*Autor de correspondencia: d.garciaortega@ugto.mx $\\$ Palabras clave: DFT, Arseniuro de Galio, baja dimensionalidad. $\\$ En este trabajo se presentarán cálculos de primeros principios basados en la teoría funcional de densidad (DFT) [1,2] para estudiar las propiedades estructurales y electrónicas de la interacción de la interfaz $GaAs/GaAlAs_{2}$ las cuales forman un pozo cuántico. Esto es debido al confinamiento de portadores de carga que generan estas interfaces y al cambio en las propiedades electrónicas de los mismos, esto ha ocasionado un gran interés en su aplicación como generadores termoeléctricos [3, 4, 5]. La subestimación al ancho de banda prohibida se solventa usando funcionales híbridos del tipo HSE, debido a que el bandgap es un parámetro fundamental para el confinamiento de portadores en las estructuras de baja dimensionalidad. Con base a los cálculos de primeros principios es posible determinar las ecuaciones de transporte de Boltzmann para la heteroestructura a partir de los valores característicos de Kohn-Sham, esto para calcular los coeficientes de transporte semiclásicos de la estructura y así poder evaluar su viabilidad como generador termoeléctrico en aplicaciones de refrigeración doméstica. $\\$ Referencias$\\$ [1] P. Hohenberg y W. Kohn, Physical review Vol. 136, No. 3B, B864 (1964). $\\$ [2] W. Kohn y L. J. Sham, Physical review Vol. 140, No. 4A, A1133, (1965). $\\$ [3] Koga, T., Sun, X., Cronin, S. B., Dresselhaus, M. S., Wang, K. L., y Chen, G. Models for low-dimensional thermoelectricity. Journal of Computer-Aided Materials Design, 4(3), 175–182, (1998). $\\$ [4] Zoui, M. A., Bentouba, S., Stocholm, J. G. y Bourouis, M. A review on thermoelectric generators: Progress and applications. Energies vol. 13 (2020).$\\$ [5] Hung, N. T., Hasdeo, E. H., Nugraha, A. R. T., Dresselhaus, M. S. y Saito, R. Quantum Effects in the Thermoelectric Power Factor of Low-Dimensional Semiconductors. Physical Review Letters 117, (2016).$\\$

Efecto del Li en las propiedades electrónicas de una bicapa de SiC

Los nanomateriales bidimensionales (2D) o monocapas como el grafeno han despertado un gran interés en la comunidad científica, ya que estos poseen grandes ventajas en peso, control estructural y flexibilidad, y debido a su confinamiento presentan nuevas propiedades electrónicas. Estas nuevas propiedades cuales podrían impactar significativamente en distintas tecnologías. Una de las tecnologías con mayor impacto en la actualidad es la de las baterías de iones de litio, donde espera que con la aplicación de nanomateriales 2D se pueda lograr el aumento en la capacidad de almacenamiento de energía y densidad de potencia necesarios para enfrentar los desafíos futuros de la humanidad. En este trabajo se desarrolló un análisis de las propiedades electrónicas de una bicapa de carburo de silicio (SiC-BL) decorada con átomos de Li, implementando cálculos a primeros principios basados en la Teoría Funcional de la Densidad (DFT) mediante el código SIESTA. Se utilizó el funcional GGA-PBE. Se observó que la carga donada por los átomos de Li a la SiC-BL genera modificaciones en la estructura de bandas electrónicas y densidades de estados de cada sistema al ir aumentando la concentración de átomos de Li. Se modeló la adsorción de 1 a 6 Litios, posicionados en los sitios energéticamente más estables. Las estructuras combinadas de SiC demuestran propiedades únicas que las monocapas individuales no poseen. Por ejemplo, los casos en donde se agregaron de 4 a 6 átomos de Li en la bicapa hacen que las cargas eléctricas se puedan mover con facilidad por su interior comportándose como un material conductor siendo favorable para una futura aplicación en el almacenamiento de energía.

Estudio de la variabilidad morfológica del borde interno de un anillo cuántico bidimensional en la estructura electrónica de un electrón confinado bajo campos electromagnéticos externos

Se estudió de manera teórica el efecto de la forma del borde interno de un anillo cuántico (QR) bidimensional de GaAs en el espectro de energía de un electrón confinado bajo la acción de un campo magnético externo aplicado en la dirección de crecimiento (plano x-y) de la nanoestructura y un campo eléctrico externo aplicado en la dirección positiva del eje x. El sistema se resolvió dentro de la aproximación de masa efectiva de la ecuación de Schrödinger mediante el método de elementos finitos. La geometría del borde interno se modeló a través de la ecuación de una superelipse, lo que nos permitió considerar cuatro morfologías diferentes que revelaron la relación que tiene la concavidad del contorno del borde interno sobre la localización electrónica y en las oscilaciones Aharonov-Bohm de la energía. Los resultados demuestran que la localización electrónica se incrementa para agujeros que presentan mayor grado de concavidad, dando lugar a la formación de un espectro con estructura molecular debido a la simetría C4 que presentan los casos estudiados. Asimismo, se evidenció el desacople de los niveles de energía como función del campo eléctrico aplicado como resultado de la fuerte localización electrónica, que junto a las variaciones morfológicas dan lugar a estados vibracionales sobre el electrón.

Cálculo teórico de los elementos de matriz dipolar intrabanda en puntos cuánticos core(AlGaAs)-SHELL(GaAs) bajo la acción de campos eléctrico y magnético externos

Se estudió teóricamente el efecto de los campos eléctrico y magnético sobre los elementos de la matriz dipolar intrabanda en el sistema nanoestructurado Core-Shell. Obtuvimos el espectro de energía de un solo electrón confinado cuando se aplican de manera independiente un campo magnético y un campo eléctrico perpendiculares al plano x-y de la heteroestructura. El sistema se modeló utilizando la ecuación de Schrödinger estacionaria en el marco de la aproximación de masa efectiva y función envolvente, la cual se solucionó utilizando el método de elementos finitos. El arreglo nanoscópico se modeló teóricamente como un sistema concéntrico tridimensional con simetría esférica compuesto por un núcleo de AlxGa1−xAs y una capa de GaAs. Este modelo nos permitió estudiar el papel que juegan los campos externos sobre la localización de carga y en el espectro electrónico de los estados de menor energía, en particular, se reportan las oscilaciones de energía de Aharonov-Bohm. También calculamos los elementos de la matriz dipolar intrabanda en función del radio del núcleo y en función de la concentración de aluminio bajo la acción de los campos externos aplicados.

Detección y adsorción de amoniaco en monocapas de SnC funcionalizadas

El amoníaco (NH3) es una sustancia química que se produce de forma natural por seres humanos, animales y plantas. Es un gas incoloro de un olor muy penetrante y característico. Esta sustancia también se produce de forma industrial principalmente para la elaboración de fertilizantes y en menor medida para aplicaciones en textiles, plásticos, refrigerantes, productos de limpieza, etc. La exposición a niveles altos de NH3 en el aire puede irritar la piel, ojos, garganta y pulmones, también puede producir tos y quemaduras. La exposición a niveles muy altos de NH3 durante tiempos prolongados puede causar daño pulmonar e incluso la muerte. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. (OSHA, por sus siglas en inglés) ha establecido un límite de 25 partes de NH3 por millón de partes de aire (25 ppb) en el trabajo durante una jornada de 8 horas diarias y un límite de exposición breve (15 minutos) de 35 ppm . Las nanoestructuras bidimensionales (2D) son nanomateriales que han sido investigados extensivamente como sensores de gases y moléculas. Se ha reportado que la funcionalización de los nanomateriales 2D puede mejorar su capacidad para interaccionar con diferentes moléculas. En este trabajo se estudian mediante cálculos a primeros principios basados en la teoría DFT, los efectos de la funcionalización con diferentes átomos metálicos (alcalinos, alcalinotérreos y de transición) en la adsorción y detección de NH3 en monocapas de carburo de estaño (2DSnC). Se estudiaron las propiedades electrónicas, energías de adsorción, transferencias de carga, tiempos de recuperación y conductividad para analizar la viabilidad de la aplicación de este nanomaterial para la detección y adsorción de NH3. Los resultados muestran una fuerte adsorción de los átomos metálicos en la monocapa, también se observa que la adsorción de NH3 en la monocapa es del orden de fisisorción.