Fabricación de nanocolumnas por sputtering: fundamentos y aplicaciones en medicina, energía y el sector aeroespacial

En esta conferencia, mostraré cómo se fabrican arreglos de nanocolumnas (nanocolumn arrays) mediante pulverización catódica de tipo magnetrón (magnetron sputtering) empleando configuración de ángulo rasante (GLAD, por las siglas de Glancing Angle Deposition). Como el proceso se realiza a temperatura ambiente en un solo paso y sin involucrar productos químicos (el único residuo es gas argón, que puede evacuarse al exterior), es una técnica energéticamente eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Veremos que la formación de nanocolumnas es el resultado del sombreado atómico cuando los átomos alcanzan la superficie con una distribución de momento altamente direccional, y posibles procesos hipertérmicos asociados a su alta energía cinética. Dependiendo de varios parámetros (como la presión del gas, el ángulo de inclinación del sustrato y su posible rotación), la estructura nanocolumnar puede controlarse, dando lugar a diferentes morfologías [1-6]. Además, hemos demostrado que esta metodología puede escalarse a grandes superficies, por lo que se podría emplear para la producción industrial de recubrimientos nanoestructurados [7]. Mostraré varias aplicaciones que hemos demostrado recientemente de estos sistemas nanocolumnares. En medicina, como recubrimientos antibacterianos para implantes ortopédicos [7-9], como sustratos para identificación de biomoléculas mediante SERS [10] y como electrodos para estimulación celular [11]. En energía, como recubrimientos de metal negro en el visible [5] y como electrodos nanoestructurados para células solares de perovskita [12]. Por último, en el sector aeroespacial, como recubrimientos para impedir el efecto multipactor [13]. Referencias: [1] J.M. García-Martín et al., Appl. Phys. Lett. 97, 173103 (2010) [2] R. Alvarez et al., Nanotechnology 24, 045604 (2013). [3] R. Alvarez et al., Plasma Process. Polym. 11, 571 (2014). [4] R. Alvarez et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 49, 045303 (2016). [5] A. Vitrey et al., Beilstein J. Nanotechnol. 8, 434 (2017) [6] R. Alvarez et al., Nanotechnology 30, 475603 (2019) [7] R. Alvarez et al., Nanomaterials 9, 1217 (2019) [8] I. Izquierdo-Barba et al., Acta Biomaterialia 15, 20 (2015). [9] D. Medina-Cruz et al., Nanomed.-Nanotechnol. Biol. Med. 17, 36 (2019) [10] P. Díaz-Núñez et al., Scientific Reports 9, 13933 (2019) [11] Solicitud de Patente P202030626, Junio 2020. [12] Z. Hu et al., ACS Applied Materials & Interfaces 12, 5979 (2020) [13] G. Troncoso et al., Appl. Surf. Sci. 526, 146699 (2020)

Constantes de fuerza por tensión en los enlaces químicos de nanoestructuras de carbono

A. Tapia1*, J. Medina1, C. Cab1, y G. Canto2 1Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Yucatán C.P. 97310. Av. Industrias no Contaminantes, Periférico Norte, Cordemex, A.P. 150, Mérida, Yucatán, México. 2Centro de Investigación en Corrosión, Universidad Autónoma de Campeche, C.P. 24039. Av. Agustín Melgar s/n, Col. Buenavista, San Francisco de Campeche, Campeche, México. En los últimos 30 años, las nanoestructuras de carbono han impulsado el desarrollo de la nanociencia y nanotecnología en diversos campos de la física, química, electrónica, óptica, mecánica, biología y medicina, por mencionar sólo algunas, debido a sus propiedades físicas y químicas muy particulares. Las nanoestructuras de carbono como los fullerenos, los nanotubos, el grafeno (2D) y el diamante, son sólo algunos ejemplos que demuestran la versatilidad estructural del carbono, que puede formar una amplia variedad de nanoestructuras basadas en hibridaciones, con algunas del tipo; sp–, sp2–, sp3– o sp2 – sp3. Las constantes de fuerza por tensión en los enlaces químicos (Kr) nos permiten cuantificar la oposición al cambio de la distribución de carga entre los átomos, cuando estos son sometidos a un distanciamiento inducido. En otras palabras, los valores de Kr describen la rigidez del enlace químico, cuando estos son sometidos a un esfuerzo por tensión. En este estudio se presentan los resultados de los cálculos de Kr para diferentes nanoestructuras de carbono, mediante la implementación de la Teoría del Funcional de la Densidad. El resultado de la comparación de los valores Kr, para las diferentes nanoestructuras de carbono estudiadas, nos dice que hay varios factores involucrados para su determinación.

Adsorción de acetona en nanoalambres de silicio para detección de diabetes: un estudio con DFT

La detección temprana de la diabetes es clave para su tratamiento, y podría ser posible a través de sensores no invasivos y eficientes basados en nanoalambres con la capacidad de adsorber acetona, pues este compuesto es un marcador de dicha enfermedad. En este trabajo se investiga el efecto de la adsorción de acetona en las propiedades electrónicas de nanoalambres de silicio (SiNW) hidrogenados y dopados, por medio de la Teoría de las Funcionales de la Densidad. Los SiNW considerados en este trabajo crecen a lo largo de la dirección cristalográfica [111] del Si en bulto, y están dopados con átomos del grupo III (B, Al y Ga), para los cuales se consideran dos esquemas: dopaje sustitucional en la superficie y funcionalización. Se presenta un análisis de las configuraciones de adsorción, de las energías de adsorción y de las propiedades electrónicas de los SiNW dopados y no dopados. Tras la adsorción de acetona, el SiNW no dopado se convierte en un semiconductor tipo n, que podría tener una aplicación en un sensor de transistor de efecto de campo. Por otro lado, la mayoría de los casos dopados o funcionalizados sufren una modulación en su brecha de energía, lo cual podría permitir la construcción de un sensor óptico. Todos los casos muestran una energía de adsorción correspondiente al intervalo de quimisorción, excepto el alambre sin dopar y los funcionalizados con Al y Ga. Los resultados sugieren que estas nanoestructuras podrían ser usadas para la captura y detección de acetona, lo cual podría llevar a aplicaciones en el tratamiento médico de la diabetes.

Charge-to-Spin Conversion in Low-Symmetry Topological Materials

In this work, we theoretically show that the reduced symmetry of strong spin-orbit coupling materials such as MoTe2 or WTe2 enables new forms of intrinsic spin Hall effect that produce large and robust in-plane spin polarizations in coexistence with the traditional out-of-plane component. Through quantum transport calculations on realistic devices in the diffusive regime, we show that spin-charge interconversion can reach efficiencies of 80%, while also possessing long spin diffusion lengths of ~100 nm. Such combination is largely superior to what is typically found in conventional SHE materials. These findings vividly emphasize how crystal symmetry governs the intrinsic SHE, and how it can be exploited to broaden the range and efficiency of spintronic functionalities. We also propose specific experimental guidelines for the confirmation of the effect.

Effects of disorder on the transport and thermoelectric properties of silicene superlattices

Unavoidable structural disorder associated with the variation of the widths of barriers and wells as well as the heights of barriers in superlattices of 2D materials can affect considerably electronic transport and related phenomena. In this work, we study the impact of structural disorder on the electronic transport and thermoelectric properties of gated silicene superlattices (GSSLs). A low-energy effective Hamiltonian has been used to describe electrons in silicene. The transfer matrix approach, the Landauer–Büttiker formalism and the Cutler–Mott formula have been implemented to obtain the transport and thermoelectric properties. In particular, the conductance, Seebeck coefficient and power factor are investigated in ordered and disordered GSSLs. The results show that disorder related to the width of barriers-wells is not equivalent to the one associated to the height of barriers. The former barely changes the transport and thermoelectric coefficients at low energy, while the latter greatly affects them in the whole energy range. We also assess the disorder associated to the on-site potential of silicene layers, finding that its influence is limited. So, our results indicate that in the design and fabrication of GSSLs a precise control of the height of the barriers is required in order to have and preserve good thermoelectric properties.

Óptica electrónica en uniones pn rectas y circulares de grafeno

Estudiamos el transporte electrónico cuántico en uniones pn rectas y circulares de grafeno, donde la interfaz entre la región p y la región n puede ser suave o abrupta. Modelamos dopaje de las nanocintas con un potencial electrostático dependiente de la posición, que se puede realizar experimentalmente. Utilizamos la descripción de amarre fuerte y el método de funciones de Green fuera del equilibrio (NEGF) para calcular la densidad de corriente en nuestros nanosistemas. Consideramos bajas energías para estar en el régimen de electrones de Dirac. Dado que tenemos transporte balístico, usamos la teoría de la óptica geométrica con índice de refracción variable para hacer una descripción semiclásica de las trayectorias de los electrones y comparamos éstas con la densidad de corriente. Mostramos en general el acuerdo entre la óptica geométrica y el transporte cuántico. Por la naturaleza ondulatoria de los electrones, y el hecho que inyectamos haces electrónicos con ancho finito, observamos fenómenos ondulatorios como interferencia, difracción del haz electrónico y transmisión mediante ondas evanescentes por zonas que son prohibidas energéticamente. Mostramos que estos efectos de interferencia son predominantes en el centro de las uniones circulares, y que depende fuertemente de los los parámetros del potencial aplicado. Se agradece al proyecto UNAM PAPIIT IA103020.

Transición metal-aislante en materiales con estructura de doble perovskita

Uno de los materiales mas prometedores para aplicaciones en dispositivos espintrónicos, son sin duda las dobles perovskitas medio-metálicas, en particular, la doble perovskita ferromagnética Sr2FeMoO6 que tiene una alta temperatura de Curie, temperatura ambiente. Algo sobresaliente en este tipo de compuestos es que, al doparlos con Re, crece la temperatura de Curie y se refuerza su carácter ferromagnético, sin embargo, al doparlos con W, ocurre una transición metal-aislante que lo convierte en un aislante anti-ferromagnético. En este trabajo se hace un análisis de este tipo de sistemas, tomando en cuenta la fuerte correlación electrónica del compuesto y usando el formalismo de las funciones de Green y el campo medio dinámico. Los resultados muestran las propiedades electrónicas y magnéticas del sistema, además de un valor critico del dopaje para la transición.

Estabilidad de Superficies $CsPbX_3$ (001): Estudio de primeros principios

Las películas delgadas de perovskitas inorgánicas tales como las $CsPbX_3$ son fuertes candidatas en muchas aplicaciones como los diodos emisores de luz y fotodetectores debido a su brecha energética prohibida. No obstante, a sus características electrónicas, son superficies inestables a temperatura ambiente y es crítico determinar las condiciones termodinámicas que tienen lugar durante su crecimiento. Las energías de formación y los niveles de transición de carga en la perovskita inorgánica $CsPbX_3$ se estudiaron a partir de cálculos de primeros principios. Para ello, investigamos la estabilidad relativa de las superficies $CsPbX_3$ en distintas condiciones de composición. En este estudio, se realizó un análisis termodinámico de la estabilidad superficial en la dirección [001] con diferentes terminaciones. Utilizamos la energía de formación superficial y la entalpía de formación como el nivel más básico de descripción termodinámica. Obtuvimos ecuaciones analíticas como función de los potenciales químicos de las diferentes especies y las energías de los modelos de las distintas superficies y terminaciones. Estas cantidades fueron calculadas con la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT). Utilizamos ondas planas, definiendo energías de corte para las ondas planas (50 Ry) y para la densidad de carga (500 Ry) para cada una de las estructuras, con pseudopotenciales ultrasuaves (Funcional de correlación e intercambio PBE: Perdew-Burke-Ernzerhof), completamente relativistas para los elementos mas pesados y semirelativistas para los ligeros. Encontramos que las superficies $CsPbX_3$ terminadas en $CsX$ son mas estables que las $PbX_2$. Las gráficas de potencial químico muestran que las terminaciones pueden coexistir con una condición dominante de las superficies con terminaciones $PbX_2$ en todos los sistemas. Estos resultados son importantes para un mejor control en la síntesis de perovskitas $CsPbX_3$, quedando explícito las terminaciones que deben pasivarse para prevenir su degradación.

Efectos de la pasivación superficial de silicio poroso en la adsorción de gases tóxicos

Las nanoestructuras de silicio porosas ofrecen una enorme área superficial, la cual es ideal para la adsorción de gases. Sin embargo, los efectos de la pasivación de dicha superficie, entorno a las propiedades de adsorción de gases, no han sido suficientemente investigadas. Por ello, en este trabajo se propone el estudio de las propiedades de adsorción de dicho material utilizando dos distintos tipos de pasivación: con hidrógeno y con flúor. En particular, la adsorción de moléculas de gases tóxicos como NO, NO2 y SO2 se estudia para ambos casos utilizando Teoría del Funcional de la Densidad, además se estudia la adsorción de O2 que es un gas muy común dentro del mismo ambiente. El silicio poroso se modelo removiendo columnas de átomos a lo largo del eje cristalográfico [1 0 0] en una supercelda perfecta de silicio, generando superficies de adsorción (1 1 0). Una vez que las superficies están totalmente pasivadas, se genera un enlace suelto removiendo un átomo de H(F) que será usado como sitio de adsorción de las moléculas tóxicas. Se calcularon las energías de adsorción, distancias de enlace y transferencias de carga entre las moléculas y el silicio poroso. Además, se obtuvieron las estructuras de bandas electrónicas, las densidades de estados parciales y los mapas de diferencia de densidad de carga. Los resultados numéricos muestran que el tamaño de la brecha de energía, así como los estados dentro de las bandas de conducción y valencia, dependen del agente de pasivante de la superficie y la molécula adsorbida, lo que abre la posibilidad para la detección de moléculas a través de silicio poroso. Adicionalmente, se comprobó que la energía de adsorción de la molécula no depende de la pasivación, y solo está en función de la molécula adsorbida, siendo la energía de adsorción más fuerte para NO (adsorbido a través de N) y O2 en el silicio poroso saturado con F en comparación con su contra parte pasivada con H. Para todos los demás casos, la energía de adsorción de la molécula es mayor para el silicio poroso pasivado con H. La comprensión de la adsorción de moléculas en el silicio poroso pasivado con diferentes agentes como H y F en la superficie del poro, podría conducir al desarrollo de nuevos materiales y aplicarlos a dispositivos como sensores de gases y así traer un beneficio para el medio ambiente.

Flujo de corriente en fosforeno: óptica de electrones y guías de onda perfectas

Estudiamos el flujo de corriente balística en el fosforeno, un nuevo material bi-dimensional, que tiene una estructura electrónica altamente anisótropa: En la dirección armchair los electrones se comportan como fermiones masivos de Dirac mientras en la dirección zigzag se comportan como electrones de Schrödinger. Mostramos que el flujo de corriente en una unión pn de fosforeno se comporta como un haz de luz que se refleja y refracta en la interfaz de dos materiales con diferentes índices de refracción. Para uniones paralelas a la dirección zigzag se observa la típica reflexión especular, mientras para uniones paralelas al borde armchair se observa un nuevo efecto llamado tunelamiento anti-super-Klein, la reflexión total para todos los ángulos de incidencia [1]. El tunelamiento anti-super-Klein se puede utilizar para construir una guía de onda perfecta sin perdida por una unión pnp del fosforeno [2]. [1] Y. Betancur-Ocampo, F. Leyvraz, T. Stegmann: Electron Optics in Phosphorene pn Junctions: Negative Reflection and Anti-Super-Klein Tunneling, Nano Lett. 19, 7760 (2019). [2] Y. Betancur-Ocampo, E. Paredes-Rocha, T. Stegmann: Phosphorene pnp junctions as perfect electron waveguides, arXiv:2006.1244

Fenómenos físicos en la soldadura por fricción de metales disímiles y su efecto en la resistencia

Una de las estrategias para reducir peso en las estructuras metálicas de vehículos es el uso de materiales disímiles soldados. Por ello, es importante comprender los diversos fenómenos fisicoquímicos y microestructurales involucrados en procesos como la soldadura por fricción en los materiales específicos para estas aplicaciones. En esta investigación se obtuvieron uniones por friccion soldando aluminio 6061-T6 y un acero HSLA variando los parámetros como la velocidad de giro y las fuerzas aplicadas, se usó un torno convencional y un taladro de banco con una herramienta especialmente adaptada. Las uniones obtenidas fueron caracterizadas en su microestructura y propiedades mecánicas, se realizó además el ensayo fractográfico mediante microscopía electrónica de barrido en superficies obtenidas de manera heurística. El principal interés consistió en determinar la influencia de la velocidad de giro, tiempo de forjado y carga normal, en el espesor de la interfase formada y la resistencia de la soldadura. Además, también se estudió la influencia de los compuestos FeAl, Fe3Al, FeAl2, FeAl3, FeAl5, Fe2Al3 en la resistencia a la tensión de la soldadura. Se encontró que conforme se incrementa la velocidad de giro, la carga normal y el tiempo de forjado, se crean uniones por fricción con mayor resistencia a la tensión La mayor presencia de intermetálicos tiende a disminuir la resistencia a la tensión de las uniones, su morfología y tamaño son influidas por la velocidad de giro. Se obtuvieron resultados de resistencia a la tensión superiores a los 30 MPa en las uniones por fricción. El estudio fractográfico indica que los intermetálicos promueven un carácter frágil pero que es posible minimizar su presencia.

Light-matter interaction down the rabbit hole: topological switching and beyond

Advances harnessing light-matter interaction for active purposes (e.g. generating a bandgap or topological states) are expanding the frontiers of the materials-research landscape. Furthermore, this strategy, commonly referred to as Floquet engineering, has been successfully ported to other venues including ultracold matter and photonics, thereby providing an even richer playground for testing new physics out of equilibrium. In this talk, I will present a brief overview of this field and highlight some of our recent works using light to alter the properties of materials from one to three dimensions [1]. [1] For related publications see http://www.foatorres.com/publications

Propiedades termodinámicas de superconductores tipo II en campos magnéticos

En los superconductores de tipo II existen dos campos magnéticos críticos ($H_{c1} < H_{c2}$) entre los cuales se presenta el llamado estado mixto, donde el campo magnético penetra en forma de vórtices de flujo magnético cuantizado. En este trabajo analizamos la formación de vórtices y sus efectos en el calor específico de superconductores con brecha isotrópica y anisotrópica dentro del modelo de Hubbard generalizado y las ecuaciones de Bogoliubov-de Gennes (BdG) [1]. La solución de las ecuaciones de BdG muestran que los estados superconductores inducidos por las integrales de salto correlacionado del modelo de Hubbard conducen a un campo magnético crítico $ H_{c2}$ que depende de la temperatura de acuerdo con el modelo de Ginzgurg-Landau para superconductores tipo II [2]. Además, el calor específico a bajas temperaturas presenta un comportamiento lineal cuando se aplica un campo magnético. El coeficiente de dicho comportamiento lineal en función del campo se comporta de acuerdo con el modelo termodinámico de Volovik [3]. Finalmente, hacemos un estudio comparativo de los resultados para superconductores con brecha $s$-isotrópica, $s$-anisotrópica y $d$. [1] C.G. Galván, L.A. Pérez, C. Wang, Physica B 553, 36-39 (2019). [2] Shruti, V.K. Maurya, P. Neha, P. Srivastava, S. Patnaik, Phys. Rev. B 92 (2015). [3] G.E. Volovik, JETP Lett. 65 (1997) 465.

Spin transport in graphene heterostructures

Spintronics is an area of research that uses an electron’s spin, instead of its charge, as a means of storing and manipulating information. Owing to its small spin-orbit coupling (SOC), graphene has proven to be an efficient carrier of spin [1], making it promising for spintronics applications. However, small SOC also precludes the active manipulation or generation of spin currents. Recent work has thus focused on interfacing graphene with high-SOC materials such as transition metal dichalcogenides (TMDCs) or topological insulators (TIs) in the hope of inducing strong SOC in graphene while maintaining its superior transport properties [2-5]. In this talk, I will briefly introduce the concepts of spintronics, spin-orbit coupling, and spin transport, followed by a high-level review of the studies of spin transport in graphene. I will then present our group’s recent efforts to describe the nature of SOC and spin transport induced in graphene by proximity to TMDCs and TIs. We find that spin transport in these systems is distinguished by a giant spin lifetime anisotropy, with spins oriented in the graphene plane relaxing much faster than spins pointing out of the plane [6,7]. This anisotropy arises from the specific nature of the SOC induced in the graphene layer, which depends on the symmetry of the graphene/TMDC or TI interface. In addition to serving as a probe of SOC induced in graphene, giant spin lifetime anisotropy may also prove useful for spintronics, for example serving as an orientation-dependent spin filter. References [1] M. Drögeler et al., Nano Lett. 16, 3533 (2016) [2] M. Gmitra et al., Phys. Rev. B 93, 155104 (2016) [3] Z. Wang et al., Nat. Commun. 6, 8339 (2015) [4] K.-H. Jin and S.-H. Jhi, Phys. Rev. B 87, 075442 (2013) [5] P. Lee et al., ACS Nano 9, 10861 (2015) [6] A.W. Cummings et al., Phys. Rev. Lett. 119, 206601 (2017) [7] K. Song et al., Nano Lett. 18, 2033 (2018)

Baja conductancia térmica en cintas atómicas de Fibonacci con estructura de sal de roca

En el presente trabajo se analiza el transporte térmico de cintas atómicas binarias y ternarias con estructura de sal roca mediante la fórmula térmica de Kubo-Greenwood [1] y el potencial Born [2]. Dado que las cintas tienen una estructura cúbica y las interacciones de Born están en las direcciones de enlace, la contribución de cada modo vibracional a la conducción térmica es analizada individualmente. Para las cintas binarias encontramos que cuando la diferencia entre las masas atómicas aumenta, todo el espectro vibracional se comprime, causando una disminución de la conductancia térmica. Paralelamente, observamos que las ramas acústicas del espectro son puramente ocasionadas por el desplazamiento colectivo de los átomos con mayor masa. La misma relación se encontró con las ramas ópticas y los átomos más ligeros. Se introdujo un tercer tipo de átomo en las cintas binarias a manera de impurezas sustitucionales de Fibonacci, procurando preservar la estructura de la sal roca. Observamos que cuando estas impurezas reemplazan a algunos de los átomos más masivos, la conductancia térmica se reduce aún más. Este efecto es más notable, cuando el número de impurezas aumenta. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran la posibilidad de modificar las propiedades de transporte térmico de materiales nanoestructurados a través del orden de Fibonacci [3], con la finalidad de obtener una conductancia térmica baja, lo cual es muy deseado para materiales con aplicaciones termoeléctricas [4]. [1] J. K. Flicker and P. L. Leath, Lattice thermal conductivity in high-concentration mixed crystals, Phys. Rev. B 7, 2296-2305 (1973). [2] P. Alfaro, R. Cisneros, M. Bizarro, M. Cruz-Irisson, and C. Wang, Raman scattering by confined optical phonons in Si and Ge nanostructures, Nanoscale 3, 1246-1251 (2011). [3] J. E. González, V. Sánchez and C. Wang, Improving thermoelectric properties of nanowires through inhomogeneity, J. Electron. Mater. 46, 2724-2736 (2017). [4] A. Ishida, H. T. X. Thao, H. Yamoto, Y. Kinoshita, and M. Ishikiriyama, Thermoelectric conversion efficiency in IV-VI semiconductors with reduced thermal conductivity, AIP Advances 5, 107135 (2015).

Enhacement of thermoelectric properties in bilayer graphene superlattices induced by Fano resonances

Thermoelectricity is an alternative energy that makes use of a temperature gradient to generate electricity, the figure of merit is the parameter that measures how good thermoelectric a material is. Graphene bilayer is a quasi-two-dimensional material with a promising future in thermoelectricity. One of the effects that could improve its thermoelectric properties are Fano and hybrid resonances. In the present project, the transport and thermoelectric properties of bilayer graphene superlattices will be obtained, the hybrid matrix method, the Landauer-Büttiker formalism and the Cuttler-Mott formula will be used. The research will focus on improving the power factor through the accumulation of states in energy regions where the Fano and hybrid resonances occurred, we believe that its asymmetric profile could accumulate states, maximize the Seebeck coefficient and be an improvement factor for the figure of merit.

Cuantos de flujo magnético en superconductores

En los superconductores tipo II existen dos campos magnéticos críticos Hc1 < Hc2. Por debajo de Hc1 se presenta el efecto Meissner donde el campo magnético no puede penetrar al superconductor mientras que entre Hc1 y Hc2 aparece el llamado Estado Mixto donde el campo penetra en forma de vórtices de flujo magnético cuantizado. Debido a la presencia de estos vórtices la brecha superconductora depende de la posición y la teoría BCS de la superconductividad ya no es suficiente para estudiar dicha brecha. Las ecuaciones de Bogoliubov-de Gennes (BdG) son una extensión de la teoría BCS donde se aumentan los grados de libertad y permite estudiar la superconductividad en sistemas no homogéneos. En esta plática mostraremos cómo incluir los efectos del campo magnético en el estudio de superconductores tipo II a partir de las ecuaciones de BdG y el modelo de Hubbard, el cual sirve para abordar la correlación electrónica en el espacio de posiciones. Finalmente, analizaremos el cálculo de propiedades termodinámicas como el calor específico en función de la intensidad del campo magnético en superconductores de alta temperatura crítica.

Ingeniería de metamateriales elásticos

El diseño de materiales artificiales, con propiedades anómalas emergentes, es una investigación de frontera muy activa hoy en día debido a las múltiples y novedosas aplicaciones basadas en la nueva física. Estos nuevos materiales, también llamados metamateriales, se caracterizan por su fenomenología ondulatoria que desafía nuestra intuición: superenfocamiento, invisibilidad y desaceleración, entre otros. En esta conferencia presentamos evidencia experimental del control de ondas mecánicas a través de algunos metamateriales elásticos estructurados, estratégicamente diseñados y fabricados en nuestro grupo de investigación. Algunas propiedades emergentes de estos materiales elásticos son las oscilaciones de Bloch; atrapamiento de arcoíris y velocidad de grupo cercana a cero y modelos de enlace fuerte.

Efectos de temperatura y defectos en propiedades mecánicas de nanotubos de MoS$ _2$

Como una extensión a un trabajo previo, se presentan resultados de simulaciones de dinámica molecular de la respuesta al stress de nanotubos de disulfuro de molibdeno. Para el cálculo de fuerzas se utiliza un potencial de tipo Stillinger-Weber, que considera parametrizaciones distintas dependiendo de si la estructura del nanotubo es de politipo 1T o 2H. Se encuentra que el módulo de Young para nanotubos 2H alcanza valores cercanos a 150 GPa, excepto para diámetros menores a 2 nm, para los que el valor decae ligeramente. Para los nanotubos de politipo 1T la dependencia en el diámetro es aún más pronunciada, con el módulo de Young decayendo a valores cercanos a 100 GPa en diámetros menores a 2 nm. El módulo de Young no depende fuertemente de la orientación de la capa de MoS2 que forma el nanotubo. Los nanotubos 2H presentan una mayor resistencia a la fractura y porcentaje de elongación que los 1T. Se presentan las variaciones en las propiedades mecánicas por cambio de temperatura y presencia de defectos en la estructura.

Predicción teórica de cúmulos bimetálicos y soportes catalíticos basados en oxidos mixtos

Filiberto Ortiz-Chi1, José Morato-Marquez2, Pablo Ávarez-Hernádez2, Lenin Badal-Torres2, Eduardo Cifuentes-Quintal3, Claudia Espinosa-Gonzalez1, Srinivas Godavarthi1 y Gilberto Torres-Torres2 1CONACyT-Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco, C.P. 86690, Cunduacán, Tabasco, México; 2Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, División Académica de Ciencias Básicas, C.P. 86690, Cunduacán, Tabasco, México; 3Departamento de Física Aplicada, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, C.P. 97310, Mérida, Yucatán, México. La búsqueda de sistemas catalíticos superiores ha motivado la investigación de nano-estructuras bimetálicas que permitan modificar sus propiedades estructurales y electrónicas a través de cambios en su composición atómica. En este trabajo presentamos la predicción teórica de nuevas fases cristalinas del titanato de zirconio, propuesto como un soporte catalítico alternativo a los óxidos simples TiO2 y ZrO2. Además, presentamos la predicción estructural del cúmulo bimetálico RuCun (n = 1 – 12) y de cúmulos de oxidos mixtos basados en TiO2 y Al2O3, con especial interés en el complejo con relación másica cercana al 50:50. Todos los cálculos estan basados en la teoría del funcional de la densidad y en todos los casos se verifica la estabilidad dinámica de las estructuras finales. Las soluciones del mínimo global se acompañan de un análisis de su reactividad mediante diferentes indices. Palabras claves: Catálisis, Optimización global, Reactividad. Agradecimientos: Estamos agradecidos a Conacyt (Grant A1-S-26876) por el apoyo financiero y HPC Juchiman (CONACyT, U0003-2015-7-26609) por la asignación de recursos computacionales. Correo electrónico de presentación de autores: fortiz@conacyt.mx

Multiferroic properties of the La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{1-x}$Fe$_{x}$O$_{3}$ compound: first-principles study

In this theoretical work, we present results on structural, electronic, magnetic, and ferroelectric properties of La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{1-x}$Fe$_{x}$O$_{3}$ (x = 0; 0.25; 0.5; 0.75; 1) compound and solid solutions whose composition arise from the combination between LaCrO$_{3}$ and LaFeO$_{3}$ which is subsequently doped with Bi. We found LaCrO$_{3}$ and LaFeO$_{3}$ compounds are stable under a G-type antiferromagnetic configuration. The La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{0.5}$Fe$_{0.5}$O$_{3}$ (x = 0.5) solid solution is stable when Cr and Fe ions are ordered ferromagnetically, giving a total magnetization of 15.89 μB /cell. On the other hand, La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{0.25}$Fe$_{0.75}$O$_{3}$ (x = 0.75) is presented like ferrimagnetic with a total magnetization of 2.14 μB /cell. Moreover, La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{0.5}$Fe$_{0.5}$O$_{3}$ is characterized by a direct bandgap of 2.47 eV and an indirect bandgap of 2.18 eV, while the La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{0.25}$Fe$_{0.75}$O$_{3}$ is characterized by a direct bandgap of 2.48 eV, and an indirect bandgap of 2.11 eV. Additionally, the ferroelectric properties of La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{1-x}$Fe$_{x}$O$_{3}$ are calculated using the modern theory of polarization. The maximum spontaneous polarization is identified in La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{0.25}$Fe$_{0.75}$O$_{3}$ with a value of 16.11 (${μC}$/cm$^{2}$) in the [101] direction. Our results allow predicting that the La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{0.5}$Fe$_{0.5}$O$_{3}$ have potential applications in spintronics as a magnetic semiconductor, while La$_{0.75}$Bi$_{0.25}$Cr$_{0.25}$Fe$_{0.75}$O$_{3}$ can be used for its multiferroic properties.

Espectro de Floquet y transiciones electrónicas en materiales anisotrópicos de Dirac sometidos a radiaciones electromagnéticas

En este trabajo analizamos el espectro de cuasienergías, la probabilidad de transición entre las bandas de valencia y conducción y las corrientes eléctricas fotoinducidas en una material de Dirac anisotrópico. Calculamos el espectro de cuasienergías a partir de la matriz de monodromía y el teorema de Floquet para radiaciones electromagnéticas de intensidad arbitraria. Este método muestra ser más eficiente que el de la diagonalización usando réplicas. En el régimen de campo electromagnético fuerte el espectro en el espacio $\boldsymbol{k}$ da lugar a dos regiones muy bien definidas. En la primera, loacalizada en la proximidad del punto de Dirac, el espectro se deforma notablemente. En la segunda, alejada del punto de Dirac, se recupera la estructura del espectro de los portadores libres. Las deformaciones observadas consisten en la aparición de nuevos puntos de Dirac, en el caso de radiación linealmente polarizada, y la desaparición del punto de Dirac, en el caso de luz circularmente polarizada. En estas regiones, los parámetros electrónicos del material se renormalizan considerablemente. Dedujimos una fórmula similar a la de Rabi que permite estimar las probabilidades y tiempos de transición entre las bandas de valencia y conducción. Esta revela que existen procesos multifotónicos que dominan en presencia de campos muy intensos. Estos procesos fueron confirmados a través de la presencia de armónicos muy altos en la corriente fotogenerada. En algunas ocasiones, estos armónicos superan en magnitud al fundamental. Este fenómeno podría ser aplicado en la generación de altos armónicos.

New Developments on Chromium Trihalides 2D Ferromagnets

The discovery of 2D ferromagnets in 2017 has opened new ways to explore novel physical phenomena at the nanoscale. In the first part of my talk, I will briefly discuss the recent advances in chromium trihalides, from fundamentals to applications.[1] In the second part, I will focus on our recent work regarding the role of Coulomb interactions in the intralayer exchange, the electrical tunability of interlayer magnetism in bilayer CrI3,[2] and the exchange proximity effects in van der Waals heterostructures containing chromium trihalides.[3,4] [1] Magnetic Two-Dimensional Chromium Trihalides: A Theoretical Perspective. D. Soriano, M. I. Katsnelson, and J. Fernández-Rossier. Submitted to Nano Letters. [2] Magnetic polaron and antiferromagnetic-ferromagnetic transition in doped bilayer CrI3. D. Soriano, and M. I. Katsnelson. Phys. Rev. B 101, 041402(R) (2020) [3] Van der Waals Spin Valves. C. Cardoso, N. A. García-Martínez, and J. Fernández-Rossier. Phys. Rev. Lett. 121, 067701 (2018) [4] Exchange-bias controlled correlations in magnetically encapsulated twisted van der Waals dichalcogenides. D. Soriano, and J. L. Lado. arXiv:2006.09953

Oscilaciones coherentes del espín nuclear en centros paramagnéticos

En este trabajo presentaré un nuevo método de espectroscopia del espín basado en un esquema de bombeo prueba. Este permite observar la dinámica del espín nuclear de centros paramagnéticos de Ga$^{2+}$ en GaAsN con resolución temporal. Este método se basa en la recombinación dependiente del espín (SDR) que tiene lugar bajo condiciones de bombeo óptico del espín. Mostraré, como resultado secundario, que este mismo fenómeno puede ser aprovechado para implementar un dispositivo monolítico (sin partes móviles) sensible al grado de polarización circular y su orientación. Explicaré de manera sintética un modelo basado en la teoría de sistemas cuánticos abiertos que tiene un gran poder de predicción [2,3]. Entre otras cosas, este modelo fue fundamental para el diseño del experimento de bombeo y prueba y el dispositivo sensible a la polarización de la luz. La SDR ha sido ampliamente estudiada experimental y teóricamente dado que ofrece múltiples aplicaciones en espintrónica de estado sólido. Fue primero observada en silicio y más adelante en aleaciones de GaAs con un pequeño contenido de nitrógeno. La SDR es un mecanismo de recombinación, en el que un electrón en la banda de conducción de un semiconductor es capturado por un centro paramagnético de manera selectiva, de acuerdo a la orientación relativa entre el espín del electrón capturado y el del centro. Una de las consecuencias más asombrosas de este mecanismo es que permite alcanzar polarizaciones del espín de los electrones de la banda de conducción cercanas al 100% a temperatura ambiente. Junto con la interacción hiperfina, que tiene lugar en los centros, permite también controlar la polarización del espín nuclear. [1] Phys. Rev. B 97, 155201 (2018) [2] Phys. Rev. B 95, 195204 (2017) [3] Phys. Rev. B 101, 075201 (2020)

Plasmon mode coupling in photonic crystals based on phosphorene

Phosphorene, a thin film of black phosphorous, corresponds to a 2D material displaying semiconducting properties with a tunable band gap. As recently demonstrated, phosphorene can support surface plasmons with tunable characteristics through stacking, strain and doping. In this work, we have extended the analysis and have shown that mode coupling of transverse magnetic surface modes at THz frequencies is present when a finite phosphorene-dielectric multilayer is considered; we have shown that coupling of surface modes gives rise to plasmonic bands, above light line, in photonic crystals based on phosphorene. We have calculated dispersion relations of coupled surface modes in the multilayer considering the intrinsic anisotropy along the armchair and zigzag directions in phosphorene. Finally, we present numerical calculations of phosphorene surface conductivity at high energies (> 1 eV) and give necessary conditions for the existence of coupling of transverse electric surface plasmons.

Li ion batteries made of mexican onix

The development of lithium ion battery technologies, besides looking for high capacity, high power and long cycling life, is nowadays lookig for sustainability; the components of the battery must be abundant, with low toxicity, and should need low processing, to assure a sustainable energetical future. Calcium carbonate originated from egg shells has been tested as a candidate for sustainable energy storage devices. The results were promising in the sense of long cycling stability and high rate capability, but they suffered of low capacity, and the voltage window for charge/discharge was very large for practical applications. We found that the voltage window can be reduced, allowing the appearance of just some of the possible electrochemical phenomena; in this way, the material can be used as cathode or as anode of a practical battery. As an alternative material with high calcium carbonate content, we proposed the use of mexican onix, that is very abundant in the region of Puebla. In our experimental investigations, we evidenced that the charge storage mechanism is a combination between ion insertion and electrochemical double layer capacitance, fully reversible.

First-principles study of the multiferroic and optical properties of YFeO$_3$ doped Bi$^{3+}$

The orthoferrites with the general formula RFeO$_3$ (R = Ho, Er, Lu, Sc and Y) have recently attracted a great deal of attention because they are promising candidates for a second generation of multiferroic materials. In this computational work, the multiferroic and optical properties of the YFeO$_3$ perovskite oxide (YFO) and a Bi-doped YFeO$_3$ (Y$_{0.75}$Bi$_{0.25}$FeO$_3$, YFO-Bi) were analyzed. Bi-substitution in YFO leads to an increase of its lattice parameters by virtue of the larger ionic radius of Bi$^{3+}$. Both compounds exhibit a G-type antiferromagnetic ground state. The calculations disclose a significant spontaneous polarization along the [101] direction of YFO-Bi, which originates in the asymmetric distribution of the charges around the Bi$^{3+}$ ions, as a result of the Bi-6$\textit{s}$ electrons. The electric polarizability of YFO is increased upon Bi$^{3+}$-doping and the larger components of the real permittivity tensor of YFO-Bi are those associated with the same direction along which the maximum value of spontaneous polarization is observed. The spontaneous polarization of YFO-Bi found in this work reveals that this compound holds potential for the next generation of multiferroic materials.

Conductancia, polarización de espines y termoelectricidad en geometrías complejas de siliceno

Se estudian las propiedades de transporte y efectos termoeléctricos en estructuras complejas de siliceno. Las estructuras están configuradas espacialmente con base a la regla de generación del conjunto Cantor. El método de la matriz de transferencia, el formalismo de Landauer-Büttiker así como la fórmula de Cluter-Mott han sido implementados para obtener los espectros del coeficiente de transmisión, conductancia y coeficiente de Seebeck, respectivamente. Nuestros resultados reflejan rasgos de auto-similitud en las propiedades físicas analizadas como consecuencia de la geometría compleja que rige el orden de modulación a través de los electrodos metálicos, los cuales son responsables de la formación de las barreras. Para describir matemáticamente esta auto-similitud, nos enfocamos en averiguar reglas de escala capaces de reproducir los espectros a diferentes escalas. Además, estas reglas están asociadas a los parámetros estructurales que componen el sistema complejo: generación, alto de barrera y longitud del sistema. En este sentido, se derivan numéricamente expresiones de escala para la conductancia y polarización de espines mientras que para el caso del coeficiente de Seebeck se recurre a una deducción analítica. Finalmente, es importante señalar que es la primera vez que se reporta un comportamiento cuántico auto-similar tanto en propiedades de transporte como en termoelectricidad en sistemas bidimensionales basados en siliceno.

Magnetic quantum phase transitions in solid state systems

A quantum phase transition (QPT) is a transition between different quantum phases of matter at zero temperature. In contrast to a classical phase transition which is driven by temperature, a QPT can only be accessed by varying a physical parameter at absolute zero temperature. In solid state systems the parameter driving the QPT can be the pressure, mechanical strain, chemical composition, as well as an external electric or magnetic field, among other possibilities. In this talk, we present results of two studies based on first-principles calculations where a magnetic phase transition has been found: the Ni-Cu alloy and P-doped graphene under biaxial strain. Thus, the quantum fluctuations of the magnetic moment at the quantum critical point are analyzed. Finally, the relevance of understanding the quantum phenomena en materials, which will be the basis for the development of quantum technologies, is emphasized. This work was supported by CONACyT-México under grant No. 288344.

Efectos físicoquímicos y morfológicos en polvos de AlSi10Mg reutilizados en manufactura aditiva por fusión selectiva

Los diversos fenómenos fisicoquímicos y morfológicos que experimentan los polvos metálicos en la manufactura aditiva no han sido suficientemente estudiados. Entre otras ventajas, esta tecnología permite minimizar el desperdicio de materia prima mediante la reutilización del material no fundido. Los estudios previos se han concentrado en aleaciones como Inconel 718, Ti6Al4V y aceros inoxidables, solo unos pocos estudios han abordado las aleaciones de aluminio como AlSi10Mg, que es más susceptible a afectaciones que pueden limitar los ciclos de reutilización. En el presente trabajo realizamos la caracterización microestructural, morfológica y quimica en polvos virgen y reutilizado de AlSi10Mg, mediante microscopía optica y electrónica de barrido y difracción de rayos X. Los cambios predominantes se observaron en la morfología y distribución de tamaño de las partículas de polvo reutilizadas, con un incremento del 15% en el tipo muy angular en contraste con el polvo virgen donde la mayoría de las partículas son subangulares o angulares, además de diferencias en el diámetro de las partículas, siendo el diámetro promedio de las partículas reutilizadas 39% mayor que el diámetro promedio de partículas vírgenes. El estudio microestructural revela variaciones en la forma de las segundas fases. El análisis de relación área-perímetro permite también establecer las características de autoafinidad de los perfiles de las partículas y los agregados resultantes. Reportamos también los resultados de un primer modelo de simulación por elementos discretos que considera la transferencia de calor, fusión parcial, difusión y sinterización, y que permite reproducir en términos generales los cambios morfológicos y los efectos de agregación observados experimentalmente.

Importancia de los defectos intrínsecos en el corrimiento descendente de fotones en titanatos dopados con $Yb^{3+}$

$TiO_2$ en sus fases anatasa y rutilo, $CaTiO_3$, $SrTiO_3$ y $Na_{0.5}Bi_{0.5}TiO_3$ dopados con $Yb$ se sintetizaron mediante técnicas de sol-gel y del complejo polimérico. Los polvos fueron calcinados a 800 °C y 1000 °C por 1 h y posteriormente caracterizados por difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido, espectroscopías de reflectancia difusa y fotoluminiscente. Los patrones de DRX muestran la presencia de las fases cristalinas esperadas para cada compuesto. En los espectros de reflectancia de todos los compuestos se observa una banda amplia de absorción por debajo de $425 ~ nm$ asociada a la transferencia de carga del tipo ligante-metal $O^{2-}$→$Ti^{4+}$ (TCLM). Los espectros de excitación para todos los titanatos dopados con $Yb $ exhiben una banda ancha compatible con el estado de TCLM $O^{2-}$→ $Ti^{4+}$, lo cual indica que hay una transferencia de energía de la matriz al ion $Yb^{3+}$. Especialmente interesante resulta una banda de excitación en el espectro visible $(416~nm)$ para la muestra de $CaTiO_3:Yb^{3+}$. Esta banda proporciona evidencia sobre la importancia de los defectos intrínsecos en el proceso de transferencia de energía de la matriz al ion $Yb^{3+}$. Los espectros de emisión y reflectancia difusa en el rango visible y en el IR cercano, revelan la presencia de una superposición entre las bandas de emisión y la banda de absorción del $Yb^{3+}$, lo que explicaría en forma plausible que el proceso de transferencia de energía de la matriz al $Yb^{3+}$ está mediado por defectos intrínsecos de los titanatos. La intensidad integrada de la emisión del $Yb^{3+}$ para cada compuesto sigue el orden $I(Na_{0.5}Bi_{0.5}TiO_3) > I(CaTiO_3) > I(SrTiO_3)> I(TiO_2)$. Finalmente, se muestra que los titanatos pueden convertir luz, a través del corrimiento descendente de fotones, de la región UV-Vis $(300~ nm-440~ nm)$ a la región del infrarrojo $(980~nm-1000~ nm)$ donde una celda solar fotovoltaica de silicio tiene su mayor respuesta espectral.

Modelado y simulación computacional de nanoestructuras para su uso en energías renovables y en almacenamiento de energía

Las nanoestructuras semiconductoras han permitido sobrepasar los límites de tecnologías convencionales en distintos campos tecnológicos como en la microelectrónica y fotónica. Dichos avances han propiciado la adopción de la nanotecnología en distintos campos de estudio como la medicina y en particular la rama energética. Las estructuras nanoporosas y los nanoalambres semiconductores, por ejemplo, han sido identificados como materiales atractivos para el desarrollo de baterías de iones de litio, con capacidad de carga mucho mayor a las tecnologías actuales y sobrepasando limitaciones que tienen los semiconductores en bulto para esta clase de aplicaciones, como lo es la expansión volumétrica y la fractura del material anódico en la litiación y delitiación. Adicionalmente las nanoestructuras porosas y los nanoalambres semiconductores se han identificado como compuestos que pueden ayudar a incrementar la eficiencia de las celdas solares ayudando así al desarrollo de energías limpias renovables. En este trabajo se estudian, mediante un esquema a primeros principios utilizando la teoría de los funcionales de la densidad, las propiedades electrónicas, ópticas y vibracionales de distintas nanoestructuras semiconductoras, en especial silicio y germanio poroso para su posible aplicación en celdas solares y en baterías de iones de litio. Las estructuras porosas se modelan removiendo columnas de átomos en la dirección [001] de un cristal de Si o Ge en bulto. Los enlaces rotos de la superficie del poro se saturan con átomos de H y posteriormente son reemplazados con átomos de Li para poder observar los efectos de este último en las propiedades del Si y Ge poroso para su posible aplicación en baterías de iones de Litio. Los resultados muestran que a mayor Li en la superficie se disminuye la brecha prohibida de energía lo cual sugiere que aumenta la movilidad electrónica del material, lo cual es favorable para las baterías de iones de Litio. En cuanto a sus propiedades ópticas, ambos materiales, el Silicio y Germanio poroso mostraron una brecha prohibida de energía de carácter directo lo cual es favorable para su empleo en celdas solares.

Longitud de penetración de los cupratos bajodopados YBa$_2$Cu$_3$O$_{6+x}$ usando la Relación de Rutgers mejorada

La determinación de la longitud de penetración $\lambda(T)$ del campo magnético en los superconductores de alta temperatura crítica representa un reto especial tanto experimental como teórico. Varios modelos han intentado predecir el comportamiento de la $\lambda(T)$, pero no reproducen los resultados experimentales, que provienen de varias técnicas independientes. En este trabajo combinamos el modelo Bosón-Fermión Multicapas de la superconductividad aplicado a los cupratos bajodopados [1,2] con las ecuaciones que llevan a la ecuación de Rutgers, para incluir los términos que comunmente se desprecian, y que relacionan la diferencia entre los calores específicos isobárico normal y superconductor con el campo crítico termodinámico y sus derivadas con respecto a la temperatura. Mostramos cómo las soluciones de dichas ecuaciones mejoran notoriamente las curvas de la $\lambda(T)$ y de la densidad superfluida comparados con los datos experimentales disponibles y nuestros resultados previos. [1] P. Salas, M. Fortes, M.A. Solís and F. J. Sevilla, Physica C 524 37 (2016). [2] P. Salas, M.A. Solís and M. Fortes, Int. J. Mod. Phys. B 31 1750100 (2017).\\ Agradecemos el apoyo recibido de los proyectos CONACyT 221030 y DGAPA- PAPIIT IN110319.

Modelo de Ising unidimensional imperfecto

Estudiamos el Modelo de Ising unidimensional con constantes de interacción $J$ y $J'$ entre dos espines adyacentes. Usando el método de matriz de transferencia, obtuvimos expresiones analíticas para la función de partición del sistema con un número arbitrario de interacciones $J$ y $J'$ en términos de los polinomios de Dickson. Resolvimos el sistema con condiciones de frontera periódicas y de Dirichlet. Para el caso con condiciones de frontera periódicas, se mostró que el número de interacciones tipo $J$ y $J'$ sí influye en las propiedades del sistema pero la posición de los pares de espines con interacción $J$ y $J'$ no. Además, damos las fórmulas analíticas para la magnetización del sistema y mostramos que no existe magnetización espontánea a cualquier temperatura diferente de cero. Finalmente, recuperamos todas las expresiones bien conocidas para el caso $J=J'$.

Order and disorder at bio-inorganic interfaces: the cases of ZnO binding peptides and FeOx(OH)y biomineralization

When we ask ourselves what is the structure of polypeptide/crystal interfaces in the context of either materials recognition by oligopeptides or of protein-controlled mineralization, we may have in mind a rather static picture with atoms occupying ordered positions, as obtained for instance by diffraction experiments. However, on the one hand biomineralization often proceeds via the initial formation of disordered inorganic precursors, which are converted to crystalline phases only at a later stage. On the other hand, peptides that recognise and bind specifically to crystalline oxide facets mostly present a disordered ensemble of secondary structures. This makes a characterization of the atomic-level details of such interfaces very challenging both for experiments and for simulations. In this talk I will present results of our investigations into the precipitation of FeOx(OH)y, as induced for instance by ferritin proteins, and into ZnO-binding peptides interacting with ZnO crystals in liquid environments. Our goal is to attempt to find ordered patterns within the disordered structures and conformational ensembles by a combination of all-atom molecular dynamics simulation with atomic-force microscopy and circular dichroism spectroscopy.

Estructura electrónica de un perfil tipo laser cuántico de cascada en una heteroestructura de AlGaAs/GaAs

Recientemente se han reportado estructuras basadas en pozos cuánticos triples en AlGaAs/GaAs como elementos básicos de un laser cuántico de cascada que opera en el rango de los terahertz (Appl. Phys. Lett. 115, 010601 (2019); doi: 10.1063/1.5110305) a altas temperaturas, así como también pozos cuánticos dobles asimétricos con el mismo fin (Sci. Rep. 9, 9446 (2019); doi: 10.1038/s41598-019-45957-8) donde se concluye que la asimetría ayuda a mejorar los dispositivos. Esto demuestra la vigencia de los estudios en heteroestructuras basadas en AlGaAs/GaAs por lo que en este trabajo nos enfocamos en realizar el cálculo de la estructura electrónica de pozos dobles y triples, como los reportados en las referencias mencionadas, con efecto de campo eléctrico trabajando en la aproximación de masa efectiva en la aproximación parabólica. El objetivo es hacer un estudio sistemático de la configuración de anchos y altos de barreras en un rango de valores de campo eléctrico, reproduciendo los resultados de los autores y reportando además que las energías que se obtienen efectivamente están en el rango de los THz. Este trabajo inicial podría dar la posibilidad de estudiar algunas propiedades ópticas en este tipo de sistemas. Agradecimientos al proyecto SEP-CONACyT A1-S-8842.

Estudio teórico sobre los efectos del Li y Na en las propiedades electrónicas del silicio poroso utilizado como material anódico en baterías recargables

La batería de iones de litio es la fuente de energía más popular utilizada en dispositivos móviles, sin embargo, la dificultad para aumentar su capacidad de almacenamiento (debido a su ánodo de grafito) motivó la aparición de numerosos estudios sobre sofisticados materiales anódicos semiconductores. En este sentido, el silicio poroso (pSi) ha sido una interesante opción ya que su considerable área superficial de hasta 500 m2/cm3 podría utilizarse para aumentar su capacidad de almacenamiento [1]. Por otro lado, el reemplazo de litio con otros metales más baratos y abundantes representa otro desafío interesante en el refinamiento de esta batería [2]. Motivado por estas evidencias, en este trabajo se desarrolla un estudio comparativo de los efectos del sodio y el litio sobre las propiedades electrónicas del pSi. Utilizamos la teoría funcional de la densidad (DFT), la aproximación de gradiente generalizada (GGA) y el esquema de superceldas para comparar los efectos del litio y el sodio intersticiales y sustitucionales. Las estructuras porosas se modelan eliminando columnas de átomos de un cristal de Si perfecto en la dirección [001], donde todos los enlaces colgantes se pasivan con hidrógeno [3]. En una primera aproximación, algunos átomos de hidrógeno de la superficie se reemplazan con átomos de litio; en un segundo enfoque, insertamos átomos de litio en posiciones intersticiales. Realizamos el mismo análisis en pSi con átomos de sodio. Los resultados muestran que el Li intersticial siempre induce un comportamiento metálico del pSi, mientras que el Li sustitucional tiende a disminuir la brecha de energía prohibida dependiendo de su ubicación y del grado de amorfización que el Li genera sobre la retícula de silicio. Por otro lado, el sodio induce un comportamiento semiconductor y una pronunciada deformación en casi todas las estructuras porosas modeladas. Los resultados obtenidos en esta investigación podrían ser importantes en el análisis de compatibilidad entre metales alcalinos y pSi, así como en el desarrollo de materiales anódicos de nueva generación para baterías recargables. Referencias [1] Bisi, O., S. Ossicini, and L. Pavesi, Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics. Surface science reports, 2000. 38(1): p. 1-126 [2] You, Y., &Manthiram, A. (2018). Progress in High‐Voltage Cathode Materials for Rechargeable Sodium‐Ion Batteries. AdvancedEnergyMaterials, 8(2), 1701785. [3] González, I., Sosa, A. N., Trejo, A., Calvino, M., Miranda, A., & Cruz-Irisson, M. (2018). Lithium effect on the electronic properties of porous silicon for energy storage applications: a DFT study. Dalton Transactions, 47(22), 7505-7514.

Un nuevo tipo de campo magnético efectivo inducido por deformaciones en el grafeno

Producto de deformaciones no uniformes de la estructura cristalina del grafeno sus electrones pueden experimentar un campo pseudomagnético. Este hecho ha abierto la posibilidad de explorar en el grafeno desde efecto Hall cuántico hasta superconductividad, aún en ausencia de un campo magnético externo aplicado. Adicionalmente a tal campo pseudomagnético, las deformaciones no uniformes inducen en el grafeno una velocidad de Fermi anisotrópica e inhomogénea, es decir, dependiente de la dirección y la posición. En esta plática se demuestra cómo producto de una velocidad de Fermi anisotrópica e inhomogénea, los electrones en el grafeno pueden experimentar un nuevo tipo de campo magnético efectivo, el cual es proporcional al momentum de los electrones. Como consecuencia, las cuasipartículas tienen, bajo ciertos campos de deformaciones, una relación de dispersión electrónica sublineal. Además, se discutirán las consecuencias de una velocidad de Fermi anisotrópica e inhomogénea sobre el tunelaje de Klein a través de barreras pseudomagnéticas en grafeno. Finalmente, se presenta una extensión de los efectos asociados a una velocidad de Fermi anisotrópica e inhomogénea en el grafeno a los semimetales de Dirac y/o Weyl.

Densidad de superfluidez superconductora a partir de la teoría del cruce BCS-Bose ampliada con pares de Cooper de huecos

Calculamos la densidad de superfluidez ns(T) en un superconductor (SC) con la teoría generalizada de la condensación de Bose-Einstein [1-3] (GBEC en inglés) que aborda una mezcla ternaria de gases de bosones y fermiones (BF), esta mezcla consiste de electrones (fermiónicos) desligados, pares de Cooper de electrones (2eCPs) y explícitamente pares de Cooper de huecos (2hCPs) ambos bosónicos. En GBEC están contenidas como casos especiales: la teoría BCS, tomando el caso de una mezcla 50%-50% entre 2eCPs y 2hCPs; la teoría BEC ordinaria si se toma solamente el caso de 2eCPs; y así como la teoría del cruce (crossover en inglés) BCS-Bose ampliada [4] con 2hCPs. En el crossover ampliado, la densidad de la superfluidez se define como ns(T) ≡ n – nf (T) donde n es la densidad de número total de electrones y nf(T) la de electrones desligados. Tomando el caso de acoplamiento débil, e.g., cuando n/nf (T = 0) ≡ n/nf = 1, en donde todos los electrones están desligados o bien “correlacionados” como en la teoría BCS, ns(Tc) concuerda con los resultados reportados por Uemura et al. [5] para superconductores elementales, mientras que si tomamos solo a los 2eCPs los resultados están muy por debajo de los datos. Tomando solo 2eCPs, en el caso de acoplamiento fuerte, e.g., n/nf → ∞, ó nf (0) → 0 implicando que todos los electrones se han bosonizado a 2eCPs. Esto da el comportamiento lineal de la temperatura crítica Tc vs ns(0) reportado por Božović et al. [6]. Por último, ns(T)/ns(0) se compara con datos de varios superconductores cupratos de alta Tc mostrándose así que la mezcla ternaria BF describe adecuadamente los datos empíricos. Referencias V.V. Tolmachev, Phys. Lett. A 266, 400 (2000) M. de Llano, V.V. Tolmachev, Physica A 317, 546; Ukr. Phys. J. 55, 79 (2010) M. Grether, M. de Llano, V.V. Tolmachev, Int. J. Quant. Chem. 112, 3018 (2012) I. Chávez, L.A. García, M. Grether, M. de Llano, Int. J. Mod. Phys. B 31, 1745013 (2017); I. Chávez, L.A. García, M. Grether, M. de Llano, V.V. Tolmachev, J. Supercond. Nov. Magn. 31, 631 (2018) Y.J. Uemura, et al. Phys. Rev. Lett. 62, 2317 (1989); Y.J. Uemura, J. Phys: Cond. Matter, 16, S4515 (2004) I. Božović, et al. Nature 536, 309 (2016).

Cuantización del transporte no lineal en semimetales de Weyl

Estudiamos el transporte no lineal de un semimetal de Weyl en presencia de un campo eléctrico constante y un gradiente de potencial químico. Utilizando la teoría cinética (ecuación de Boltzmann con curvatura de Berry) en la aproximación del tiempo de relajación, calculamos la conductividad Hall no-lineal en función del potencial químico. Usamos un Hamiltoniano apropiado de baja energía que incluye efectos de doblamiento de banda e inclinación. Para un potencial químico fijo, encontramos que los coeficientes de transporte tienen dos extremos. Sin embargo, cuando existe un desbalance quiral (es decir, cuando podemos someter cada nodo a diferente potencial químico), emerge la cuantización de los coeficientes de transporte. Con este resultado derivamos una nueva acción axiónica donde el campo axiónico es reemplazado por el potencial químico. De esta manera, obtenemos un posible vínculo entre las propiedades macroscópicas estadísticas de la muestra y la topología cuántica del material.

Towards an all-electric control of the heat flux

The development of phononics [1] —the discipline that investigates phonon transport and aims at engineering devices with the same functionalities as electronic or photonic ones — has been hindered by the inherently challenging nature of phonon manipulation. An effective and flexible control of phonon propagation would require expanding the phonon toolbox to include all the elemental building blocks that make it possible to switch and modulate signals. Here, we demonstrate theoretically a fully electric control of the phonon flux, which can be continuously modulated by an externally applied electric field in PbTiO3, a prototypical ferroelectric perovskite, revealing the mechanisms by which experimentally accessible fields can be used to tune the thermal conductivity by as much as 50% at room temperature [2]. Additionally, we show how, by imposing epitaxial strain, it is possible to achieve a giant electrophononic response, i.e., the dependence of the lattice thermal conductivity on external electric fields [3]. Specifically, we study the strain-induced manipulation of the lattice structure and analyze its interplay with the electrophononic response. We show that tensile biaxial strain can drive the system to a regime where the electrical polarization can be effortlessly rotated and thus yield giant electrophononic responses that are at least one order of magnitude larger than in the unstrained system. These results derive directly from the almost divergent behavior of the electrical susceptibility at those critical strains that drive the polarization on the verge of a spontaneous rotation. We also present results of phonon transport through domain walls (DWs), the boundaries separating juxtaposed polarization domains. In the same class of materials and exploiting the same principles, namely the electrical manipulation of the lattice, we demonstrate: (i) a thermal switch, where one can switch back and forth between a high and a low conductance state by using an electric field to write and erase DWs [4]; (ii) A phonon polarizer, providing the first demonstration that in the low temperature regime phonons can be filtered –in this specific case by DWs— depending on their polarization like it is routinely done in photonics [5]. Our findings open the way to a fully-electric control of phonon transport that can be exploited for the design of thermal transistors and pave the way to signal processing with phonons. [1] N. Li, J. Ren, L, Wang, G. Zhang, P. Hänggi, and B. Li, Rev. Mod. Phys. 84, 1045 (2012) [2] J. A. Seijas-Bellido, H. Aramberri, J. Íñiguez, and R. Rurali, Phys. Rev. B 97, 184306 (2018) [3] P. Torres, J. Íñiguez, and R. Rurali, Phys. Rev. Lett. 123, 185901 (2019) [4] J. A. Seijas-Bellido, C. Escorihuela-Sayalero, M. Royo, M. P. Ljungberg, J. C. Wojdeł, J. Íñiguez, and R. Rurali, Phys. Rev. B 96, 140101(R) (2017) [5] M. Royo, C. Escorihuela-Sayalero, J. Íñiguez, and R. Rurali, Phys. Rev. Materials 1, 051402(R) (2017)

Metal-insulator transition in $8 − P$ mmn borophene under normal incidence of electromagnetic radiation

The energy spectrum for the problem of $8 − P mmn$ borophene’s electronic carriers under normal incidence of electromagnetic waves is studied without the use of any perturbative technique. This allows us to study the effects of very strong fields. To obtain the spectrum and wave functions, the time-dependent Dirac equation is solved by using a frame moving with the space-time cone of the wave, i.e., by transforming the equation into an ordinary differential equation in terms of the wave phase, leading to an electron-wave quasiparticle. The limiting case of strong fields is thus analyzed. The resulting eigenfunctions obey a generalized Mathieu equation, i.e., of a classical parametric pendulum. The energy spectrum presents bands and a gap at the Fermi energy. The gaps are due to the space-time diffraction of electrons in phase with the electromagnetic field, i.e., electrons in borophene acquire an effective mass under strong electromagnetic radiation.

Caracterización estructural por difracción de rayos X de una muestra de costilla de vaca (Bos Taurus) y estudio de sus propiedades ópticas de absorción y emisión antes y después de ser irradiada

Se preparó una muestra de costilla de vaca para ser estudiada por el método de polvos de difracción de rayos X. El difractograma, tomado de 4° a 70° en 2θ a una velocidad de 0.02°/1s, con radiación generada por un ánodo de Cu excitado con una corriente de electrones de 20 mA bajo un voltaje de 30 kV, consiste de 10 picos de difracción. Las posiciones e intensidades de 9 de estos picos son consistentes con las líneas más intensas de los patrones de difracción de las fases cristalinas hidroxiapatita (Acta Cristallogr. B25, 1969, 1534-1543) y fluorapatita (Tarjeta 15-876, Powder Diffraction Data File, International Centre for Diffraction Data). El pico restante puede asociarse con una línea débil del patrón de la fluorapatita. Se presentarán estos resultados junto con un modelo físico de la estructura cristalina de la hidroxiapatita. Se observó que la muestra utilizada, al ser iluminada con luz ultravioleta, emite luz fluorescente en toda su superficie excepto en la región que recibió a los rayos X. Este fenómeno está siendo investigado por espectrofotometrías ópticas de absorción y fluorescencia. Los avances de esta investigación junto con aquellos que arrojen los análisis de otros difractogramas de la muestra estudiada, por registrarse a menores velocidades con el fin de discernir si en ella existe una solución sólida de hidroxiapatita y fluorapatita, se presentarán en este congreso.

Depósito por adsorción y reacción sucesiva de capa iónica de SnO2, para aplicaciones fotovoltaicas sobre sustrato reciclado

Es evidente que el ambiente ha cambiado por causas antropogénicas, así que proponer soluciones a este problema es ya una obligación para toda la comunidad científica en la medida de sus posibilidades. Las energías renovables y el reciclaje son ejemplos de lo anterior. El estudio y depósito de películas conductoras transparentes es un campo activo de la física y la química, para su uso en dispositivos optoelectrónicos como las celdas solares. Las técnicas de crecimiento por ejemplo la pulverización catódica (sputtering) o la epitaxia por haces moleculares (MBE), son difíciles de implementar con sustratos de áreas grandes, como las necesarias para las aplicaciones mencionadas, esto sin tener en cuenta que son técnicas costosas, que requieren vacíos de altos a ultra altos (>1x10-7Torr). Por otro lado, la técnica de adsorción y reacción sucesiva de capa iónica (SILAR, por sus siglas en inglés) tiene la ventaja de poder escalarse de acuerdo a las necesidades y llevarse a cabo a la presión atmosférica y temperatura ambiente. En este trabajo mostramos los resultados de la conductividad y la absorbancia de las películas de SnO2 depositadas sobre un polímero flexible reciclado, obtenido de envolturas metalizadas, utilizadas comercialmente en golosinas, con el objetivo de utilizar este material para los propósitos antes mencionados. El equipo de depósito y caracterización eléctrica fue fabricado en la Universidad Autónoma de Zacatecas, por el grupo de Grupo de investigación en materiales novedosos y energías renovables. Agradecimientos al proyecto SEP-CONACyT A1-S-8842.

Depósito por adsorción y reacción sucesiva de capa iónica de SnO2, para aplicaciones fotovoltaicas sobre sustrato flexible

El estudio y depósito de películas conductoras transparentes es un campo activo en la ciencia de materiales, para su uso en dispositivos electrónicos, como televisores de pantalla plana, celdas solares y recubrimientos. Las películas conductoras transparentes tienen bandas prohibidas amplias, cuyo valor es mayor que los de la luz visible y se utilizan normalmente como contactos eléctricos de baja resistencia sin bloquear la luz. La posibilidad de implementar celdas solares flexibles en las ventanas de edificios o en cualquier superficie expuesta al sol, ya sea de inmuebles o vehículos, aumenta la necesidad de estos materiales. Las técnicas de crecimiento como por ejemplo la pulverización catódica (sputtering) o la epitaxia por haces moleculares (MBE), son difíciles de implementar con sustratos de áreas grandes, como las que son necesarias para las aplicaciones mencionadas, esto sin tener en cuenta que son técnicas extremadamente costosas, que requieren vacíos de altos a ultra altos (>1x10-7Torr). La técnica adsorción y reacción sucesiva de capa iónica (SILAR) tiene la ventaja de poder escalarse de acuerdo con las necesidades y llevarse a cabo a presión atmosférica y temperatura ambiente. En este trabajo presentamos los resultados de la conductividad y la absorbancia de las películas de SnO2 depositadas sobre un polímero flexible, con el objetivo de utilizar este material para los propósitos antes mencionados, logrando una conductividad promedio de 0.392 (Ωcm-1). La caracterización por Uv-Vis produce valores en 300 nm con intensidades de 0.001abs. El equipo de depósito y caracterización eléctrica fue fabricado en la Universidad Autónoma de Zacatecas, por el grupo de Grupo de investigación en materiales novedosos y energías renovables. Agradecimientos al proyecto SEP-CONACyT A1-S-8842.

Fabricación de un equipo de Spray pirolisis para el depósito de SnO2

Dada la importancia del Óxido de Estaño (SnO2) en las aplicaciones tecnológicas actuales, utilizado principalmente como catalizador, sensor de gas, en fabricación de varistores, dispositivos electrónicos, dispositivos fotovoltaicos, entre otros. En el presente trabajo se instrumenta el método de Spray Pirolisis para la obtención de películas delgadas de Óxido de Estaño y otros materiales. El Spray pirolisis es una técnica utilizada para la producción de películas delgadas. Dicha técnica es económica a comparación de otras técnicas de deposición, como la pulverización catódica (sputtering) o la epitaxia por haces moleculares (MBE), sobre todo en lo referente a los químicos utilizados ya que no requiere de sustancias de alta pureza ni condiciones de alto vacío. Este método es muy utilizado en la industria de vidrio y en la generación de celdas solares. Sin embargo adquirir un equipo comercial implica gastos de hasta millones de pesos. El equipo de depósito por spray pirolisis fue fabricado en la Universidad Autónoma de Zacatecas, por el grupo de Grupo de investigación en materiales novedosos y energías renovables, acepta sustratos de áreas mayores a las de los equipos comerciales y la boquilla de rocio puede moverse con la posibilidad de programar barridos sobre el sustrato, así como la temperatura de este, haciendo posible depósitos en áreas de alrededor de 150 cm2. El equipo está formado por una tarjeta procesadora, un relevador doble, fuente de poder, motores a pasos para el barrido del rocío, así como electroválvula y un termopar tipo k. Presentamos algunas de nuestros resultados asi como el equipo desarrollado. Agradecimientos al proyecto SEP-CONACyT A1-S-8842.

Análisis estructural del ácido carmínico embebido en una matriz de sílice

El ácido carmínico es un colorante natural obtenido en México a partir de cochinillas de nopal, secadas y molidas. Además de su uso como colorante, el ácido carmínico encuentra aplicaciones en la industria farmacéutica y en la lucha contra el cáncer, ya que su estructura es similar a la de algunas drogas anticancerígenas. También, el ácido carmínico podría ser utilizado en diversas aplicaciones optoelectrónicas. Sin embargo, el problema del ácido carmínico es que se degrada fácilmente con la exposición a la luz y en condiciones medioambientales. Lo anterior limita las propiedades funcionales del ácido carmínico y por lo tanto sus potenciales aplicaciones. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos a partir de la estabilización del ácido carmínico en una matriz de sílice usando el método de sol-gel. Los resultados indican que el ácido carmínico se estabiliza al ser embebido en una matriz de sílice. Además, la caracterización del material compuesto realizada espectroscopía FT-IR y fluorescencia, muestra que el ácido carmínico permanece funcional después de ser sometido a una temperatura de hasta 500°C. Por otro lado, se encontró que el ácido carmínico induce cambios estructurales sobre la sílice, obteniendo las fases de cristobalita y tridimita a bajas temperaturas de calcinación.

Crecimientos de GaInAsSb con incorporación de N sobre substratos de GaSb mediante la técnica de Epitaxia en Fase Líquida para la elaboración de fotodiodos

Recientemente se ha demostrado que los nitruros diluidos, podrían actuar como un sistema de material alternativo para dispositivos optoelectrónicos a 2.5 µm1, así como en la región del infrarrojo medio2. Dichas aleaciones de los grupos III-V se consideran una ventaja, en contraparte deterioran de cierta manera las propiedades optoelectrónicas y cristalinas de los mismos. La técnica MBE se ha utilizado principalmente para el crecimiento de dichos materiales, mientras que técnicas como MOVPE y la implantación de iones se han utilizado para el crecimiento de otros nitruros diluidos III-V. Mondal3 reporta el crecimiento de capas epitaxiales de GaSbN haciendo uso de la técnica de LPE utilizando como fuente de N el GaN policristalino, este se incorporara en la fase líquida y se hornea a temperaturas que van desde los 600 y 800°C, la desventaja es que no se tiene control de peso3. La incorporación de GaN en el crecimiento de LPE en los materiales III-V podría expandir el espectro de emisión. Un problema con este material es que su coeficiente de segregación en materiales como Ga e In parece ser relativamente bajo y su incorporación en la fase líquida está limitada a temperaturas inferiores a 1300°K. En este trabajo tratamos de incorporar N de dos maneras en la fase líquida de una aleación Ga–In–As–Sb para después obtener crecimientos de capas epitaxiales de GaInAsSb sobre de GaSb, de igual manera se hicieron crecimientos de GaSbN sobre GaSb. La primera técnica fue agregando pequeñas cantidades de GaN y también tratando los solventes con HNO3, ya que anteriormente se ha reportado que la incorporación de N expande el espectro de emisión3 de estos materiales. El método consiste en humedecer un trozo de superficie sólida de Ga por aproximadamente 24 horas hasta que la reacción se detenga, luego lo horneamos a una temperatura de 850°C junto con el resto de In y Ga que formarán parte de la fase líquida, esperando una incorporación de N en la fase líquida. Reportamos la caracterización realizada a las muestras de GaSbN mediante rayos–X para evaluar la posibilidad de que en las deposiciones quinarias pudiera haber presencia de N. Además, se caracterizó la fotoluminiscencia de los materiales crecidos (GaInAsSbN y GaInAsSb) a 13°K y 300°K observando principalmente que, a bajas temperaturas, la aleación quinaria en comparación con la cuaternaria mostró un pico de emisión más y emite a temperatura ambiente. Finalmente, reportamos el trabajo llevado a cabo en la fabricación de fotodiodos en base a estos materiales. Este trabajo se hace en un cuarto limpio y de entre las técnicas utilizadas en este proceso tenemos la deposición de soluciones mediante spinner, el proceso de fotolitografía convencional y el método del lift-off, así como también la deposición de metales por evaporación. 1. G. Ungaroet al, Electron. Lett. 35 (1999) 1246. 2. W. Li et al., J. Appl. Phys. 94 (2003) 4248. 3. A. Mondal et al. Journal of Crystal Growth 297 (2006) 4–6.

Transmission Properties of Golden Self-Affine MultibarrierStructure in Graphene

In this paper we describe the transmission properties of electrons propagating in a new self-affine golden multibarrier system based on graphene. The self-affine golden system was made byusing the golden ratio in the scaling of the energy of barriers added from one generation of theconstruction to the next. The scaling in the width of the barriers is 1/3. The choice of differentscaling factors for the energy and the width of the barriers in the construction process is whatmakes it a self-affine golden structure. We found some scaling transformations in the transmissionrelating curves for different parameters of the multibarrier system. These scaling transformationsare established as general analytic expressions. In conclusion, the use of the golden ratio as ascaling factor implies that there is new scaling transformations for self-affine golden multibarriergraphene-based structures.

Coeficiente de Absorción de un punto cuántico de GaAs/AlGaAs esférico multi-capa

El interés en puntos cuánticos multicapa con heteroestructuras como CdTe/ZnSe, ZnTe/ZnSe, GaN/InGaN y algunos más en AlGaAs/GaAs están motivados por sus propiedades físicas básicas, así como por sus potenciales aplicaciones. En este sentido el estudio de propiedades optoelectrónicas para los puntos cuánticos esféricos multicapa es de suma importancia para contribuir al mejor entendimiento de los sistemas. Entonces en este trabajo reportamos un estudio sistemático de la estructura electrónicoa y el cálculo del coeficiente de absorción intersubbanda para un punto cuántico esférico multicapa con la heteroestructura de GaAs/AlGaAs. Reportamos el cálculo de la estructura electrónica de un punto con núcleo de GaAs de radio $r_1$ = 10 nm, considerando un escalón de Al$_x$Ga$_{1-x}$As de ancho $r_2 - r_1$ y finalmente una barrera de potencial exterior de Al$_{0.3}$Ga$_{0.7}$As con $r_3$ = 25 nm, es decir que el radio total del punto cuántico esférico multi-capa escalonado es fijo. En este trabajo la concentración de aluminio del escalón esta en el rango 0 < $x$ < 0.25 y estudiamos también los efectos del ancho del escalón tanto en la estructura electrónica como en el coeficiente de absorción. Agradecimientos al proyecto SEP-CONACyT A1-S-8842.

HNO3 as Nitrogen source in InSbN epitaxial layers growth by liquid phase epitaxy

The incorporation of Nitrogen on Epitaxial Layers at temperatures under 1 000 °C by LPE it had been very difficult because of segregation coefficient of Nitrogen seems to be very low in Ga or In materials. Recently it has been reported a technique to introduce Nitrogen in epitaxial layers using polycrystalline GaN or InN as Nitrogen source but the composition of N in liquid phase is not well determined and the authors just indicate what they believe to be the effects of the Nitrogen in the epitaxial layer. In this work we growth by LPE InSbN on InSb substrates using as Nitrogen source HNO3 (Nitric Acid) treated Indium. The layers grown with this novel technique, never reported before, are compared with simple InSb epitaxial layer grown with the usual LPE method with untreated Indium. HRXRD rocking curves show evidence of the presence of Nitrogen in the epitaxial layer. Raman spectra are also presented.

Incorporation of Nitrogen in GaSbN epitaxial layers grown by liquid phase epitaxy

The incorporation of Nitrogen on Epitaxial Layers at temperatures under 1 000 °C by LPE it had been very difficult because of segregation coefficient of Nitrogen seems to be very low in Ga or In materials. Recently it has been reported a technique to introduce Nitrogen in epitaxial layers using polycrystalline GaN or InN as Nitrogen source but the composition of N in liquid phase is not well determined and the authors just indicate what they believe to be the effects of the Nitrogen in the epitaxial layer. In this work we growth by LPE GaSbN on GaSb substrates using as Nitrogen source HNO3 (Nitric Acid) treated Gallium. The layers grown with this novel technique, never reported before, are compared with simple GaSb epitaxial layer grown with the usual LPE method with untreated Gallium. HRXRD rocking curves show evidence of the presence of Nitrogen in the epitaxial layer. Raman spectra and photoluminescence are also presented.

Cálculos ab initio de las propiedades estructurales, elásticas y electrónicas del pirocloro Eu2Ru2O7

Se han realizado cálculos de Ab Initio en el compuesto Eu2Ru2O7, para obtener sus propiedades elásticas utilizando CASTEP [1, 2]. La interacción entre el electrón de valencia y el electrón del núcleo se simuló bajo el enfoque pseudopotencial y el enfoque del plano de onda (PP-PW91), bajo la aproximación del gradiente generalizado (GGA) [3]. Hemos derivado el módulo a granel, el módulo de Young, el módulo de corte, las relaciones de Poisson, las anisotropías elásticas, los fonones y los estados electrónicos de densidad y la temperatura de Debye. [1] 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. [2] W. Kohn, L.J. Sham, Phys. Rev. A 140 (1965) 1133. [3] M.C. Payne, M.P. Teter, D.C. Allan, T.A. Arias, J.D.J. Joannopoulos, Rev. Mod. Phys. 64 (1992) 1045. Agradecimientos: El proyecto IN115219 proporcionó un apoyo parcial para este trabajo. Los autores desean agradecer a F. A. Sarmiento y R. Hinojosa por su apoyo técnico.

Fabricación de celdas solares sensibilizadas con tinte con la presencia de NPs de oro en capas compactas

Se ha reportado que la presencia de una capa compacta en celdas solares sensibilizadas con tinte (DSSCs, por sus siglas en inglés) mejora los parámetros fotovoltaicos como fotovoltaje de circuito abierto (VOC), densidad de corriente a corto circuito (JSC) y eficiencia.[1] Por otra parte, la presencia de nanopartículas (NPs) de Au recubiertas con SiO2 o TiO2 en la capa mesoporosa de TiO2 mejora la eficiencia de las DSSCs debido al efecto plasmónico. Sin embargo, aún no se han reportado trabajos que incorporen NPs de Au sin recubrir en la capa compacta del fotoánado de la DSSCs. En este trabajo se presenta los resultados de la síntesis de NPs de oro de ⁓ 51 nm, y su incorporación en la capa compacta en el fotoánado de las DSSSc. La caracterización por espectroscopia Raman de las capas compactas sin y con NPs de oro mostraron la presencia de dos polimorfos de TiO2. Se encontró una variación en la curva de densidad de corriente (J) versus voltaje (V) en función del tiempo de iluminación en la celda solar. También se presentan las curvas J-V que se obtienen al usar como fuente de iluminación diodos de 530 y 660 nm y se compara como varía los parámetros JSC, VOC, factor de llenado, y la eficiencia cuántica. Incrementos en el VOC de alrededor de 50 mV fueron obtenidos mediante el uso de tert-butilpiridina como aditivo en el electrolito usado en las DSSCs. Los Valores de VOC fueron de alrededor de 750 meV. Adicionalmente se discute el comportamiento de las corrientes de oscuridad en dichas celdas en función del tiempo de iluminación. Se propone un esquema de movimiento de portadores (fotoelectrones y huecos) en el fotoánodo de la celda que contiene capa compacta con NPs de oro. Referencias [1] Y. Beomjin, et al. Journal of Electroanalytical Chemistry 638 (2010) 161–166). Agradecimientos: Agradecemos el apoyo brindado por el CONACyT, México (Proyecto # INFR-2014-02-23053, CB-2015-01-256946, A1-S-26720), a CONACyT-SENER (# 2138, # CTAFSE-12-X-18-28) y a la VIEP-BUAP para realizar este trabajo. J.L. Ortiz-Quiñonez agradece al CONACyT y SENER por otorgar la beca posdoctoral.

Función de onda en sistemas cuasiperiódicos

Los sistemas cuasiperiódicos han cambiado la percepción que se tiene de los materiales cristalinos al presentar simetrías rotacionales que se pensaban prohibidas, por ejemplo la simetría rotacional de orden cinco. Desde su descubrimiento se han investigado ampliamente sus propiedades, tanto electrónicas como fonónicas, siempre en la búsqueda de alguna aplicación de igual importancia e inusual como su simetría. Sin embargo, hasta ahora su mayor interés ha sido fundamentalmente en la propiedad de superficie antiadherente. En este trabajo se estudia el crecimiento de la red de Penrose por medio de deflación a partir de una semilla inicial y se calcula la función de onda electrónica a manera de entender el comportamiento electrónico en éstos sistemas. Se encuentra la presencia de dos estados separados por una pseudo brecha energética en el nivel de Fermi que tienen comportamientos distintos, en donde, en los estados por debajo del nivel de Fermi se presentan los estados críticos donde los electrones prefieren sitios con un mayor número de coordinación. En el caso de los estados por encima del nivel de Fermi se encuentran los estados frustrados, en donde ya no se presenta un comportamiento crítico. Se muestra la forma de la función de onda para distintas semillas y energías del espectro, se añade además una explicación intuitiva del comportamiento característico de los sistemas cuasiperiódicos.

Dinámica disipativa de estados polaritónicos en cromóforos acoplados con plasmones

El débil acoplamiento de los sistemas atómicos con su entorno los hace ideales para observar y probar fenómenos cuánticos que requieren coherencia, como la preparación de estados mixtos de luz y materia, polaritones, o procesos de interferencia. Estos efectos son la base de importantes aplicaciones tecnológicas (computación cuántica, emisión coherente, enfriamiento de átomos) y propuestas teóricas sugieren que se pueden aplicar también en celdas solares, si pudieran reproducirse de manera controlada en sistemas moleculares o de estado sólido. Discutiré la problemática de reproducir efectos de óptica cuántica en nanomateriales basados en nanopartículas con coberturas de moléculas orgánicas, desde una perspectiva teórica y experimental. Las moléculas adsorbidas en nanopartículas semiconductoras son sistemas modelo candidatos para las interferencias de tipo Fano. Describiré la resolución de un sistema Fano en un ambiente disipativo antes de discutir la dinámica de excitaciones en plasmones fuertemente acoplados a cromóforos en la superficie. Estas últimas están descritas por modelos de electrodinámica cuántica en cavidades. Mediciones de absorción lineal así como espectroscopía electrónica bidimensional muestran una dinámica rica de procesos de muchos cuerpos que también deben de ser descritos por modelos de Fano generalizados. Finkelstein-Shapiro, D.; Urdaneta, I.; Calatayud-Antonino, M.; Atabek, O.; Mujica, V.; Keller, A. Fano-Liouville Spectral Signatures in Open Quantum Systems. Phys. Rev. Lett., 2015, 115, 113006 Finkelstein-Shapiro, D.; Poulsen, F; Pullerits, T; Hansen, T. Coherent two-dimensional spectroscopy of a Fano model, Phys. Rev. B. 2016, 94, 205137 Finkelstein-Shapiro, D.; Keller, A. Ubiquity of Beutler-Fano profiles: from scattering to dissipative processes. Phys. Rev. A. 2018, 97, 023411 Finkelstein-Shapiro, D., Mante, P.A., Sarisozen, S., Wittenbecher, L., Minda, I., Balci, S., Pullerits, T., Zigmantas, D., Radiative Transitions and Relaxation Pathways in Plasmon-Based Cavity Quantum Electrodynamics Systems, arXiv:2002.05642

Cálculo del coeficiente de absorción para pozos delta-dopados triples en AlGaAs/GaAs en presencia de campos eléctricos y magnéticos

Las propiedades optoelectrónicas de los sistemas cuánticos nanoestructurados son de gran interés tanto desde el punto de vista de la física básica como por sus potenciales aplicaciones, en especifico en épocas recientes hay mucho interés en los sistemas que operan en el rango de los terahertz. En este caso las transiciones intersubbanda de los pozos cuánticos semiconductores de con base en la heteroestructura de AlGaAs/GaAs, debido a las discontinuidades de banda de las heteroestructuras, están justamente en este rango. Entonces en este trabajo presentamos el cálculo de la estructura electrónica la estructura y del coeficiente de absorción intersubbanda para un pozo delta-dopado triple como función de campos eléctricos y magnéticos aplicados en la dirección de crecimiento y en el plano, respectivamente. Encontramos que la asimetría en las densidades de portadores de carga consideradas, que producen el perfil, y los campos electromagnéticos permiten cambios apreciables tanto en la magnitud como en la localización de los picos resonantes del coeficiente de absorción. Agradecimientos al proyecto SEP-CONACyT A1-S-8842.

Análisis de estructuras fotónicas a base de silicio poroso en el vis-nir: maximización de la reflectancia promedio en el mínimo espesor

El silicio poroso es un material muy adecuado para desarrollar dispositivos ópticos basados en estructuras multicapa, ya que en una oblea de silicio cristalino se pueden alternar capas de alta y baja porosidad. Las aplicaciones más comunes de este tipo de estructuras son el filtrado y guiado de ondas electromagnéticas, control de la fotoluminiscencia y sensores químicos. En este trabajo se maximizó la reflectancia promedio (reflectancia como función de la longitud de onda y del ángulo de incidencia) de una estructura fotónica en el mínimo espesor posible. La estructura fue diseñada en la región visible y NIR del espectro electromagnético y el espesor óptico de cada capa cumple con la condición de Bragg ($\lambda_0/4$). La forma genérica de la expresión que modula el diseño de la estructura fotónica es: $$\lambda_j=\lambda_{min}+(\lambda_{max}-\lambda_{min} ) f_j (x)$$ donde $\lambda_{min}$, $\lambda_{max}$ y $\lambda_j$ son las longitudes de onda mínima, máxima y de diseño a la cual está entonado el $j$-ésimo periodo, respectivamente y $f_j (x)$ es cualquier función normalizada. Aquí, $x=j⁄N_p$ donde $j$ es el número de periodo y $N_p$ es la cantidad de periodos que tendrá la estructura. La reflectancia promedio de la estructura fue optimizada empleando Minuit (un paquete de PDL). Esta optimización se realizó para tres diferentes contrastes de porosidades: de 30% y 76%, de 42% y 76% y de 51% y 76%, en el rango comprendido de 400 a 1400 nm. Se encontró que 30 periodos son suficientes para obtener un 94% de reflectancia promedio para el primer contraste de porosidad. Para el segundo, basta con 50 periodos para que la estructura tenga el 92% de reflectancia promedio. En el último contraste de porosidad, la reflectancia promedio disminuye 3% y la cantidad de periodos aumenta a 63. Finalmente, se sintetizó la estructura con el 51% y 76% de porosidad y se midió la reflectancia a diferentes ángulos de incidencia (10º, 20º, 30º, 40º y 50º). El espectro de reflectancia medida va muy de acorde con el calculado. Además, esta estructura posee una banda de propagación prohibida omnidireccional en la región del NIR. Esta propiedad puede ser empleada en dispositivos ópticos que requieran operar en dicha región del espectro electromagnético.

Modelo numérico riguroso de un sensor óptico mediante la resonancia de los plasmones superficiales en una estructura de krechtsmann

Actualmente, el desarrollo de la ciencia y tecnología ha permitido controlar las propiedades de la luz, y con esto, la implementación de mejores dispositivos de sensado e instrumentos ópticos que permiten ampliar el potencial de detección de la señal óptica. Dentro de la diversidad de los sensores ópticos se encuentra el sensor de campo evanescente, que permite medir uno o más parámetros, los cuales se pueden obtener en una forma indirecta. Dichos sensores se basan principalmente en la interacción de la luz y la materia para determinar las propiedades de ésta; es decir, un haz de luz entre la interfaz de dos materiales con índices de refracción $n_1$ y $n_2$, siendo $n_1 > n_2$, que bajo la condición de Reflexión Total Interna, penetra de forma evanescente en el medio con $n_2$. En este trabajo se presenta un estudio numérico, bajo este principio, de una plataforma (configuración típica de Kretschmann) que se basa en el principio de la resonancia del plasmón superficial (SPR) a una longitud de onda específica variando los ángulos de incidencia. La configuración consiste en un prisma de vidrio semicilíndrico con un índice de refracción de $1.487$ y una película delgada de oro. Los resultados de la reflectancia que muestran un mínimo local característico que corresponde al ángulo de excitación del plasmón superficial, permite aplicarlo al campo de la biomedicina; por ejemplo, en el sensado de la temperatura de capas líquidas y concentraciones de glucosa.

Secciones de Poincaré en un canal bidimensional formado por dos superficies onduladas y periódicas

En este trabajo consideramos un sistema clásico constituido por un canal abierto formado por dos superficies onduladas y periódicas. Consideramos también un método numérico para entender la física y la matemática involucrada en sistemas balísticos. El objetivo en este trabajo es analizar los efectos de los límites en las propiedades del transporte balístico clásico para el canal bidimensional considerado. Bajo ciertas condiciones, se encontró que en el caso clásico no existe comportamiento caótico como era de esperarse. La trayectoria no sufre alteraciones debido a la reflexión local en el choque y a que no existen fuerzas externas en el sistema. Al aumentar la amplitud de los perfiles se obtiene un comportamiento cada vez más notorio. El estudio de este tipo de sistemas ayuda a generalizar resultados conocidos para el fenómeno de caos electromagnético en sistemas ópticos.

Excitación de modos resonantes Fano en una estructura fotónica 1D

En este trabajo se presenta un estudio teórico y numérico de una estructura fotónica 1D que presenta una variación periódica en el índice de refracción. Dado que las ecuaciones diferenciales son una herramienta utilizada para el modelado de fenómenos físicos, hacemos uso de la Teoría de Floquet para realizar el estudio teórico de la estructura fotónica en cuestión, permitiendo hacer un análisis de sistemas físicos que presentan algún tipo de periodicidad; ya que conserva las propiedades del sistema para el caso donde los coeficientes de las ecuaciones son periódicos. Los cálculos numéricos se realizaron mediante la técnica conocida como el Método de la Ecuación Integral. Los resultados teóricos y numéricos de la estructura fotónica 1D, están mostrando la presencia de un modo resonante de tipo Fano para $\epsilon=0.1$, $q=-1$ y $\Gamma=1$, lo que fue posible determinar a partir de la respuesta óptica del sistema calculada, mediante la reflectancia del mismo. Este tipo de resonancias son de gran utilidad en campos como la Plasmónica gracias a su extremada sensibilidad a cambios en la geometría o en el material del medio que lo rodea. Por lo tanto, este tipo de modos resonantes permiten ser otra alternativa para desarrollar innumerables aplicaciones en diversos campos de la ciencia y la tecnología que abarcan desde la biomedicina hasta las telecomunicaciones.

Patrones de campo cercano en una guía de ondas de cristal fotónico finita con inclusiones cilíndricas

En el trabajo propuesto se considera un sistema electromagnético compuesto por dos superficies planas y un arreglo periódico de inclusiones cilíndricas circulares de conductores perfectos (PEC) que forman una guía de ondas de cristal fotónico (PCW) la cual tiene longitud finita. Usando el método numérico de la ecuación integral se calculó las intensidades del campo correspondientes a los modos normales del sistema en ciertas frecuencias específicas. Además, se calcularon las propiedades estadísticas como la función de autocorrelación y la longitud de correlación. Así bajo ciertas condiciones, el sistema correspondiente presenta un comportamiento caótico caracterizado por patrones desordenados de las intensidades del campo. Por lo tanto, se puede concluir que el efecto del caos electromagnético contribuye a la presencia de patrones de campo desordenados que podrían tener varias aplicaciones como en criptografía.

Estudio numérico de la absorción en un sistema de multicapas de metamaterial dispersivo

La energía renovable ha atraído mucha atención en las últimas décadas debido al consumo excesivo de energía a partir de fuentes convencionales y por el problema del deterioro ambiental. Como sabemos, la energía solar puede transformarse en energía eléctrica o térmica y aprovecharse en diferentes usos o aplicaciones, lo cual, produce una menor contaminación al medio ambiente. Sin embargo, los sistemas actuales como las celdas fotovoltaicas, los colectores o calentadores solares tienen una eficiencia cercana al 20% en condiciones ópticas apropiadas que aún está lejos de dar un resultado óptimo en la absorción de energía solar; pero con las numerosas investigaciones realizadas sobre los diferentes diseños de absorbentes, se ha mostrado que los adsorbedores con metamateriales (LHMs) pueden absorber la mayor parte de la radiación electromagnética. Por tal motivo, en este trabajo se presenta un estudio numérico de la respuesta óptica mediante el cálculo de la absorción de un sistema de multicapas que contiene un medio de LHM dispersivo. Para abordar el problema se hace uso de una técnica numérica conocida como el Método de la Ecuación Integral bajo el protocolo de la programación en paralelo. Estos resultados preliminares son el indicio de nuevos diseños de absorbedores de LHM con una mayor eficiencia que los tradicionales.

Cristales Fotónicos dieléctrico-grafeno con potencial químico variable y distribuido aperiodicamente en las láminas de grafeno

En este trabajo presentamos la relación de dispersión, así como los espectros de transmisión, absorción y reflexión de un cristal fotónico dieléctrico-grafeno. La estructura que se propone consiste en variaciones del potencial químico μg,i de las láminas de grafeno en la celda unitaria que forma toda la estructura óptica y el cual sigue un potencial aperiódico. Las propiedades ópticas del sistema se calculan empleando el formalismo de la matriz de transferencia teniendo en cuenta las contribuciones intra e interbanda de la conductividad óptica del grafeno. El valor del potencial químico de cada una de las láminas de grafeno se asignan con valores discretos que siguen diferentes perfiles, tales como Gaussiano, Linear, Lorentziano y  Pöschl–Teller. Encontramos que este nuevo tipo de cristales fotónicos, muestran la formación de picos, que llamaremos spikes, en la relación de dispersión, los cuales surgen debido a la discretización de los valores del potencial químico en la celda unitaria que constituye el cristal fotónico. Estos spikes se encuentran en las posiciones de frecuencia que corresponden a 2 μg,i, para cada uno de los perfiles, su tamaño y posición se modula por medio del número de láminas de grafeno en la celda unitaria, ángulo de incidencia , medios dieléctricos y de la polarización de la luz.

Enhancement of the Fano-resonance response in bilayer graphene superlattices induced by bandgap opening

Fano resonances in bilayer graphene represent an exotic phenomenon and arise due to the coupling between extended and discrete electrons states. The hallmark of these resonances is identifiable in the conductance curves of bilayer graphene superlattices. In this work, we explore the possible consequences that bandgap opening in the band structure of bilayer graphene can have over Fano resonances. We have used a four-band Hamiltonian to taking into account the bandgap opening. The hybrid matrix method and the Landauer–Büttiker formalism have been implemented to obtain the transmission and transport properties. We find that the signatures of the Fano resonances on the conductance are enhanced by the opening of the bandgap. The bandgap opening far from hamper the Fano resonance response promotes it and can be used as modulation parameter to prove the exotic phenomenon of Fano resonances in bilayer graphene barrier superlattices.

Obtention of CuO/carbon-black nanocomposite

Carbon nanostructures have excellent electrical, thermal, mechanical, and optical properties, which can be enhanced by attaching another material with certain interesting properties to its structure. In this work CuO nanoparticles are attached to Carbon-Black (CB) in order to obtain a nanocomposite in glass and the FTO, which can be used for renewable energy and superconductive applications. It is worth to point out that green synthesis process is used to obtain CuO nanoparticles, whereas CB is obtained through tire recycling. Results of structural characterization (FTIR), morphological (SEM) and optical (UV-vis) of the obtained CuO/Carbon-Black nanocomposite will be presented

Easy green synthesis route of CuO nanoparticles by using different extracts as natural reducing agents

CuO is a material with semiconductor properties that have excellent photocatalytic, catalytic and electronic applications. In this work, the synthesis of CuO is reported using rapid precipitation method with CuCl2 and NaOH at temperatures below 100 °C. Also, green chemistry is used to reduce the size of CuO nanoparticles via natural agents such as, cress, coriander, clove and green tea extracts, being an environmentally friendly synthesis process. Results of structural characterization (FTIR), morphological (SEM) and optical (UV-vis) of the obtained CuO nanoparticles will be presented.

“Estudio de la estructura, propiedades elásticas y electrónicas del sistema Nb2SnC(1-x)Bx”

K. Sánchez (1), M. Romero (1), R. Escamilla (2) Rebeca Sosa Fonseca (3) José Luis Rosas Huerta (2) Paola Arévalo (1) M. L. Marquina(1) (1) Facultad de Ciencias, UNAM. Av. Universidad 3000, Circuito Exterior S/N. Delegación Coyoacán, C.P.04510. Ciudad Universitaria, D.F. México. (2) Circuito Exterior S/N Circuito de la, Investigación Científica, C.U., 04510 Ciudad de México, CDMX. (3) Universidad Autónoma Metropolitana. Iztapalapa. Av. San Rafael Atlixco 186, Leyes de Reforma 1ra Secc, Iztapalapa, 09340 Ciudad de México, CDMX En 1960 Nowotny y varios colaboradores comenzaron estudiar los carburos y nitruros isomorfos al compuesto Cr2AlC. Estos compuestos cristalizan en la simetría hexagonal con grupo espacial P63/mmc. La fórmula general es Mn+1AXn donde “n” puede tomar los valores n=1, 2, 3. Estos compuestos están formados por un metal de transición denotado como M, A es un elemento que se encuentra dentro de los grupos 14-16 de la tabla periódica por ejemplo Al, Ge, Si, S, Sn; y finalmente X puede ser carbono, nitrógeno o boro. Esencialmente son capas de X similares a las del grafeno; las cuales están intercaladas por capas de elementos M y A bajo el siguiente orden: X- M-A-M-X. Dada la combinación antes mencionada; los convierte en compuestos cerámicos maquinables (facilidad de corte) en capas; con propiedades muy interesantes como son conductividades eléctrica y térmica: entre 0.5 y 14 x 106 (Ωcm)-1 y 10 a 40 W/mK respectivamente. Dentro de las fases M2AX existen sólo ocho fases superconductoras Mo2GaC (Tc = 4 K), Nb2SC (Tc = 5 K), Nb2AsC (Tc = 2 K), Ti2InC (Tc = 3 K), Nb2InC (Tc = 7.5 K). Ti2InN (Tc=7.3 K), Nb2SB (Tc=1.9 K) y Nb2SnC (Tc = 7.8 K). El objetivo de este trabajo es realizar la sustitución de átomos de boro en el compuesto MAX: Nb2SnC, con esta, se puede obtener información de la solución solida incluso del compuesto Nb2SnB; esto es, se estudiara la solución solida Nb2SnC(1-x) Bx (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) para despues realizar un estudio de los parámetros de la estructura cristalina, propiedades elásticas y electrónicas; utilizando la teoría de la densidad funcional a través de cálculos de primeros principios con pseudopotenciales de ondas planas (PW) considerando la aproximación del gradiente generalizado (GGA) [1-3]. Palabras clave DFT, MAX, superconductividad. [1] 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. [2] W. Kohn, L.J. Sham, Phys. Rev. A 140 (1965) 1133. [3] M.C. Payne, M.P. Teter, D.C. Allan, T.A. Arias, J.D.J. Joannopoulos, Rev. Mod. Phys. 64 (1992) 1045. Agradecimientos: El proyecto IN115219 proporcionó un apoyo parcial para este trabajo. Los autores desean agradecer a F. A. Sarmiento y R. Hinojosa por su apoyo técnico.

“Cálculos de primeros principios del sistema superconductor Ti2InC(1-x)Nx a través de DFT”

K. Sánchez (1), M. Romero (1), R. Escamilla (2) Rebeca Sosa Fonseca (3) José Luis Rosas Huerta (2) Paola Arévalo (1) M. L. Marquina(1) (1) Facultad de Ciencias, UNAM. Av. Universidad 3000, Circuito Exterior S/N. Delegación Coyoacán, C.P.04510. Ciudad Universitaria, D.F. México. (2) Circuito Exterior S/N Circuito de la, Investigación Científica, C.U., 04510 Ciudad de México, CDMX. (3) Universidad Autónoma Metropolitana. Iztapalapa. Av. San Rafael Atlixco 186, Leyes de Reforma 1ra Secc, Iztapalapa, 09340 Ciudad de México, CDMX A partir del año 1960 a la fecha se han estudiados los carburos y nitruros que son isoestructurales a Cr2AlC [1]. Este tipo de compuestos tienen simetría hexagonal y sus átomos se encuentran acomodados de acuerdo al grupo puntual P63/mmc. La fórmula química es Mn+1AXn donde “n” va de n=1, 2, 3, siendo M un metal de transición, A es un elemento que se encuentra dentro de los grupos 14-16 de la tabla periódica por ejemplo Al, Ge, Si, S, Sn; y finalmente X puede ser carbono, nitrógeno o boro, son compuestos cerámicos maquinables (facilidad de corte) en capas; tienen conductividades eléctrica y térmica: entre 0.5 y 14 x 106 (Ωcm)-1 y 10 a 40 W/mK respectivamente, ademas, existe superconductividad en algunos de estos compuestos. Dado que Ti2InC (Tc = 3 K) y Ti2InN (Tc=7.3 K) [1] presentan el fenomeno de la superconductividad, el objetivo de este trabajo es realizar la solución solida Ti2InC (1-x) Nx (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) en el cual estudiaremos el comportamiento de los parámetros estructurales, propiedades elásticas, electrónicas; a través de la teoría de la densidad funcional utilizando cálculos de primeros principios con pseudopotenciales de ondas planas (PW) usando la aproximación del gradiente generalizado (GGA) [2, 3]. Palabras clave: Superconductividad, estructura cristalina, MAX. [1] H. Nowotny, in: H. Reiss (Ed.), Progress in Solid State Chemistry, vol. 2 (1970), p. 27 [2] A.D. Bortolozo, O.H. Sant-Anna, C.A.M. dos Santos, A.J.S. Machado, Solid State Commun. 144 (2007) 419. [3] A.D Bortolozo, G Serrano, A. Serquis, D. Rodrigues Jr, C.A.M.dos Santos, Z. Fisk, A.J.S. Machado. Solid State Communications 150 (2010) 1364-1366. Agradecimientos: El proyecto IN115219 proporcionó un apoyo parcial para este trabajo. Los autores desean agradecer a F. A. Sarmiento y R. Hinojosa por su apoyo técnico.

Efecto del campo electromagnético en la capacidad de ligar estados de un pozo cuadrado enfocado a la detección

En este trabajo presentamos el cálculo de las funciones de onda de un pozo cuadrado de AlGaAs, que liga dos estados bajo la influencia de un campo eléctrico fijo, un campo magnético tiene el efecto de deformación en el potencial propiciando que dichos estados se escapen, de forma que si se tienen dos estados y bajo la influencia del campo eléctrico o magnético el pozo cuántico deja de ligar, se pierde la capacidad de realizar transiciones y emitir o absorber fotones, lo cual se puede utilizar como un detector de campo. Este estudio busca las concentraciones de arseniuro de galio aluminio necesarias para llevar este dispositivo a la práctica, lo cual es relativamente fácil en un equipo de epitaxia de haces moleculares. Se sabe que existen detectores de tipo Hall y dispositivos como la magnetometría de cuerda vibrante o el Squid, que utiliza uniones superconductoras para detectar el campo magnético, pero este dispositivo puede hacer de tamaños milimétricos haciendo fotolitografía sobre la película crecida por la técnica antes mencionada. Agradecimientos al proyecto SEP-CONACyT A1-S-8842.

Estudio del efecto combinado de las tensiones y el campo eléctrico en mono capas y bicapas de fosforeno negro y azul

Después de la obtención del Grafeno en 2004 por Andre Geim y Kostya Novoselov, los materiales bidimensionales (2D) han atraído enormemente la atención de la comunidad científica debido a sus propiedades físico-químicas que pueden ser moduladas, cambiando la geometría, aplicando esfuerzos o por medio de campos eléctricos y magnéticos, lo cual proporciona a los materiales 2D un gran potencial para el desarrollo de nuevos dispositivos opto-electrónicos. De todos los posibles materiales 2D, en los últimos años los basados en fósforo (fosforeno), los cuales poseen diferentes fases (negro, rojo, verde y azul), se han destacado por poseer un "gap" electrónico que puede ser modulado por el apilamiento de un número finito de capas. Motivados por lo anterior, en el presente trabajo por medio de cálculos de primeros principios realizamos el estudio sistemático del efecto combinado de las tensiones y el campo eléctrico sobre la estructura electrónica de monocapas y bicapas de fosforeno y fosforeno-azul. Reportamos los efectos que tienen la tensión y el campo eléctrico en la densidad de estados, así como en la estructura de bandas de los sistemas, con énfasis en la variación de la brecha principal de energía (gap).

Polarización de valles-espines y magnetoresistencia en siliceno en estructuras Cantor con efecto de proximidad magnética

En este trabajo investigamos las propiedades de la polarización de valles-espines y magnetoresistencia en estructuras complejas basadas en siliceno. En particular, este tipo de estructura sigue el espaciamiento geométrico del conjunto Cantor. Dentro de este contexto, se aplica una modulación aperiódica en las regiones de barreras por medio de electrodos ferromagnéticos, donde además la estructura de bandas del siliceno se ve modificada por un efecto externo como el campo eléctrico. Las propiedades de transmisión y transporte se obtienen numéricamente con ayuda del método de la matriz de transferencia y del formalismo de Landauer-Büttiker, respectivamente. De esta manera, analizamos las características de la polarización de valles-espines al variar los parámetros estructurales relacionados con la construcción del sistema de interés como lo son la generación, alto de la barrera y longitud del sistema. Por último, abordamos diferentes configuraciones de magnetización a lo largo de la estructura compleja, alternando la orientación de las barreras magnéticas adyacentes en el siguiente orden: paralela y antiparalela.

Propiedades ópticas básicas de puntos cuánticos semiconductores para aplicaciones en sistemas biológicos

Los sistemas cuánticos nanoestructurados han sido estudiados, crecidos e implementados en una cantidad sorprendente de dispositivos optoelectrónicos. Las bases del funcionamiento general de estos sistemas tienen explicación desde los fundamentos de la mecánica cuántica; sin embargo, en tiempos pasados aún se han considerado insignificantes las aproximaciones entre un sistema biológico y uno cuántico. Es por ello por lo que la frontera entre estas dos ramas fundamentales de la ciencia es de interés; en este caso es primordial abordar la posible relación de los sistemas cuánticos en los sistemas biológicos. En particular, a nosotros nos interesan los puntos cuánticos semiconductores para posibles aplicaciones biomédicas; se conoce sobre las muy diversas aplicaciones de puntos cuánticos de plata y oro, con distintas aleaciones, para generar imágenes in vitro y in vivo auxiliados por sus resonancias plasmónicas de superficie, pero no son la única opción. De hecho, los puntos cuánticos semiconductores de los tipos II-VI y III-V, por sus propiedades ópticas, han sido propuestos como biomarcadores moleculares con una adecuada funcionalización. Este trabajo pretende llevar a cabo una revisión del estado del arte en este tema y explicar el mecanismo básico de absorción y emisión de fotones en los puntos cuánticos semiconductores, revisando los diferentes materiales y los tamaños nanométricos de estos sistemas en su aplicación a sistemas biológicos.

Fluorescencia en los sistemas $Gd_2Ti_2O_7$ y $Gd_2TiO_5$: desorden intrínseco y conductividad iónica en los sitios de oxígeno

Los compuestos con la fórmula general $M_2TiO_5$ ($M$ = tierra rara: $La$ a $Dy$) presentan una rara coordinación de variedad 5 para los iones de titanio, cuando lo más frecuente es de una variedad 6. Estos compuestos presentan, también, una buena conductividad iónica. Sin embargo, esta conductividad disminuye en los compuestos con estructura tipo pirocloro ($M_2Ti_2O_7$), por lo cual hay una relación entre el desorden intrínseco y la conductividad iónica de los oxígenos. Este comportamiento debe observarse en la respuesta del material a la absorción de luz. En este trabajo se hace un estudio comparativo de las bandas de fluorescencia medidas por espectroscopía Raman de los sistemas $Gd_2Ti_2O_7$ y $Gd_2TiO_5$ preparados por sales fundidas. En el sistema pirocloro, la disminución de la fluorescencia es notable con respecto al sistema $M_2TiO_5$.

Estudio de las propiedades termoeléctricas en superredes aperiódicas construidas a base de siliceno

A partir del descubrimiento y la síntesis del grafeno, la investigación en materiales de baja dimensión se ha incrementado significativamente. En particular, el silíceno ha demostrado excepcionales propiedades electrónicas tales como un intenso acoplamiento espín-órbita y un gap de energía al nivel de Fermi, cualidades ideales para aplicaciones en espintrónica y para el desarrollo de dispositivos con capacidades superiores. En este trabajo se investigan el transporte balístico y las propiedades termoeléctricas de un dispositivo construido a base de siliceno. Con la reducción de la dimensionalidad y la nano-estructuración a través de superredes de potenciales electrostáticos (gated superlattices) es posible redistribuir la densidad de estados, lo cual concede la oportunidad de mejorar el coeficiente de Seebeck y el factor de potencia. Nuestros resultados demuestran que la implementación de secuencias aperiódicas de la superred (Fibonacci, Thue-Morse y Cantor) aumentan significativamente el factor de potencia, el cual está directamente relacionado con la eficiencia de convertir calor en energía eléctrica.

Perovskitas Ruddlesden-Popper (Un estudio DFT)

Las perovskitas de haluros metálicos son de gran interés, principalmente en celdas solares, pues son hechas de materiales económicos. Han alcanzado eficiencias hasta del 26 % en muy poco tiempo. Pero tienen el obstáculo de estabilidad pobre con respecto a humedad, calor, luz y oxígeno. Recientemente se han caracterizado Perovskitas bidimensionales denominadas Ruddlesden Popper (RPP), las cuales han mostrado una mayor estabilidad y un amplio rango muy prometedor de aplicaciones ópticas y electrónicas. En este trabajo estudiamos las propiedades electrónicas y estructurales de las moléculas orgánicas Feniletilamonio (PEA) y Butilamonio (BA), al igual que las RPP: $(PEA)_ {2} PbI_4$ y $(Ba)_2 PbI_4$ . Este estudio se realizó utilizando la Teoría del Funcional de la Densidad, con ayuda del Código Wien2K.

Grafeno tensado: análisis de sus propiedades electrónicas y estructurales

El grafeno fue el primer material bidimensional (2D) obtenido, es sin duda el material más estudiado en la última década y ha causado gran interés debido a sus sobresalientes propiedades estructurales y electrónicas. Sin embargo, una desventaja para aplicaciones electrónicas es su carácter semimetálico, se ha buscado modificarlo para que sea semiconductor y poderlo usarlo más ampliamente en dispositivos electrónicos. En este trabajo se presenta un estudio sobre las características del grafeno tensado. Se sabe que uno de los rasgos principales del grafeno es que puede tensarse hasta en un 20%. Esto puede cambiar sus propiedades electrónicas, de tal manera que se abra todo un universo en el estudio de materiales 2D tensados. En nuestro análisis teórico se hace uso de la Teoría de la Funcional de Densidad mediante el uso del código Wien2k para realizar cálculos de propiedades estructurales y electrónicas para obtener información sobre el efecto que causan las deformaciones mecánicas en el grafeno.

Propiedades estructurales y electrónicas del Ti3C2, un estudio DFT

En 2011, los investigadores de la Universidad de Drexel describieron por primera vez los MXenes multicapa, producidos al eliminar las capas de Al de alguna fase MAX donde M es un metal de transición, A es algún elemento del grupo 13 o 14 y X es carbono y/o nitrógeno. Estos materiales han tomado gran relevancia ya que poseen una combinación inusual de propiedades químicas, físicas, eléctricas y mecánicas, exhibiendo características tanto metálicas como semiconductoras en diversas condiciones. El Ti3C2 fue el primer MXene producido en 2011, que tiene aplicaciones en diferentes áreas como desalinización y tratamiento de aguas residuales, batería y almacenamiento de energía, nano generadores triboeléctricos, sensores para diagnóstico médico, etc. En el marco de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) con ayuda del código Wien 2k, calculamos las propiedades estructurales y electrónicas del MXene Ti3C2 tanto en su estructura multicapa (3D) como monocapa (2D).

Estudio DFT de propiedades electrónicas y estructurales del Nb2C

Los MXenos son materiales por capas descritos por primera vez en 2011, los cuales se obtuvieron a partir de la fase MAX del Ti3AlC2, eliminando selectivamente las capas no deseadas de aluminio obteniendo Ti3C2. La M representa un metal de transición y la X a un carbono o un nitrógeno, su red atómica es hexagonal P63/mmc. La estructura de los MXenos se puede alterar mediante la ingeniería de estequiometria, dopaje, cepas, campos eléctricos externos, por esta razón tienen prometedoras aplicaciones tecnológicas. El Nb2C se obtiene a partir de la fase MAX Nb2AlC, tiene grandes aplicaciones biotecnológicas como en terapia fototérmica (PDT), liberación de fármaco fotocontrolada así como aplicaciones en energía como en baterías de iones de litio, en filtración y prometedores para la producción de hidrógeno fotocatalítico. En este trabajo calculamos las propiedades estructurales y electrónicas del Nb2C por capas (3D) y la monocapa (2D) en el marco de la teoría funcional de la densidad con la ayuda del código WIEN2k.

Predicción y determinación de la estructura cristalina de NaKBr2

En el presente trabajo, la predicción de la estructura cristalina de un sistema desordenado se logró a través de un código genético (USPEX) mediante la construcción de un pseudopotencial bajo la aproximación del cristal virtual (VCA) dentro del código de optimización de sólidos SIESTA. Dicha construcción permitió la predicción correcta de la celda de energía mínima del sistema mixto NaBr-KBr, encontrando que el sistema es isoestructural a sus materias primas (Grupo Espacial: Fm3 ̅m). Complementario a la predicción cristalina, se sintetizó un monocristal del mismo sistema mixto y, a través del refinamiento, se descubrió que la celda corresponde exactamente a la encontrada por USPEX. El cristal mixto NaKBr2 presentó un acoplamiento de los patrones de difracción de sus materias primas, formando un patrón de difracción de monocristal. Sin embargo, el sistema no es estable en condiciones ambientales, lo que se refleja en la degradación de los dominios cristalinos y el colapso de la estructura monocristalina en sus materias primas. De esta manera, este trabajo ayuda a comprender mejor el comportamiento de los cristales con estructuras cristalinas similares.

Conductividad óptica de semimetales de Dirac anisotrópicos con simetría de valle rota

En sistemas de Dirac bidimensionales, un campo magnético externo rompe la simetría de inversión temporal y abre una brecha en los puntos de Dirac. Otra forma de romper la simetría de inversión temporal (o simetría de valle) y abrir una brecha es introduciendo una textura de espín, la cual crea un flujo magnético periódico, como lo describe Hill $et$ $al$. Siguiendo el interés reciente en semimetales de Dirac anisotrópicos, estudiamos la respuesta de estos materiales a un campo electromagnético externo dependiente del tiempo en la presencia de una textura de espín. Tomando al borofeno $8-Pmmn$ como ejemplo ilustrativo, calculamos la densidad conjunta de estados, la cual permite identificar frecuencias críticas para transiciones interbanda y singularidades de van Hove. El tensor de conductividad óptica muestra un fuerte comportamiento anisotrópico debido a la asimetría electrón-hueco, y una conductividad Hall distinta de cero como consecuencia del rompimiento de simetría de valle.

Induced bound states by monopole and point dipole electric impurities in strained graphene

Graphene lies in the spotlight for the scientific community because of its intriguing properties never seen before in conventional materials. In particular, it mechanical resistance makes it able to sustain strains larger than 20%, which opens the possibility to tune its electronic properties by strain (Straintronics). Strain in graphene additionally produces intense pseudo-magnetic fields, which play an important role for example in the development of Landau levels without an external applied magnetic field. Also, the atomic collapse phenomenon, predicted by Relativistic Quantum Mechanics, was recently achieved with a charged impurity center in graphene and it has been shown that such phenomenon can happen under less restrictive conditions by the inclusion of an external magnetic field. In this work, we study the problem of bound states in graphene under the influence of point electric monopole and dipole impurity potentials extended to the case in which the membrane of this material strained. By considering an anisotropic Fermi velocity, we analytically solve the resulting Dirac equation for each potential. We observe that the effect of the anisotropy is to promote or inhibit the critical behavior known to occur for each kind of impurity, depending on the direction along which strain is applied: Both the atomic collapse in the case of a monopole impurity, and the emergence of cascades of infinitely many bound states with a universal Efimov-like scaling for dipole impurity, are phenomena that occur under lesser or greater restrictive conditions due to strain.

Estudios de las propiedades estructurales y electrónicas de la superficie AlN(111) en fase NaCl usando primeros principios

Se investigan las propiedades estructurales y electrónicas de la superficie (111) del nitruro de aluminio (AlN) en su fase cloruro de sodio (AlN(111)). También se estudia el depósito de arsénico (As) sobre esta superficie. Hacemos notar que la fase cloruro de sodio es metaestable, sin embargo, no se descarta la posible síntesis en esta geometría. Se emplea la teoría del funcional de la densidad (DFT) tal como está desarrollada en el código PWscf del paquete quantum espressso. Los efectos de correlación e intercambio se tratan usando las aproximaciones de gradiente generalizado (GGA). Los cálculos se inician determinando el parámetro de red en el volumen. Posteriormente se realiza el depósito del As sobre la superficie AlN(111)-(2x2). La cobertura del As va desde ¼ hasta una monocapa. Los adatomos de As se depositan en sitios de alta simetría. Se determinan las estructuras más favorables para cada cobertura y se muestra que el As es un surfactante para la superficie AlN(111) cuando se deposita una monocapa completa de As. Este resultado es interesante ya que nos indica que el sistema puede usare como un sustrato para el crecimiento epitaxial de semiconductores. Obtenemos también las densidades de estado total (DOS) y densidad de estados proyectadas (PDOS) para determinar el carácter semiconductor o metálico de la superficie con y sin As.

Fosforeno azul, estructura y propiedades electrónicas

El fósforo (P) es uno de los elementos esenciales de la naturaleza, juega un rol esencial para la vida, existe en varios alótropos con propiedades diferentes en cada estructura. Uno de los más recientes alótropos bidimensionales sintetizados es el fosforeno azul, este material tiene una estructura hexagonal similar al grafeno pero no es completamente plano, presentando un corrugado de su estructura con forma de zigzag en una vista lateral y ha mostrado tener un carácter semiconductor con una brecha de energía lo suficientemente amplia para su aplicación en diferentes dispositivos electrónicos. En este trabajo presentamos las propiedades estructurales y electrónicas del fósforo azul en el marco de la teoría del funcional de la densidad con ayuda del código Wien2k.

Sín­tesis y caracterización de calcogenuros de bismuto $Fe-Bi_2Se_3$ y $Fe-Bi_2Te_2Se$

En este trabajo se presenta la síntesis por el método de estado sólido en atmósfera inerte para examinar la estructura cristalina y propiedades magnéticas de compuestos a base de calcogenuros de bismuto dopados con hierro. Los compuestos estudiados presentan una estructura cristalina romboedral (tipo tetradimita) con capas quíntuples, las cuales se distribuyen sobre el eje z de la forma Te-Bi-Te y Se-Bi-Se [1], estas capas quíntuples se unen por interacciones de Van der Waals lo que permite introducir un dopante y modificar las propiedades electrónicas del compuesto. Dependiendo del dopante se puede inducir superconductividad [2], magnetismo [3] o cambios en el tipo de portadores de carga [4]. Para modificar las propiedades electrónicas se eligió un metal de transición (Fe) en distintas cantidades. Mediante difracción de rayos X de polvos se efectuó la caracterización estructural. Las propiedades magnéticas se realizaron en un PPMS Dynacool marca Quantum Design. Los resultados obtenidos corresponden a los compuestos FexBi2Se3 y FexBi2Te2Se en donde x = 0.05-0.20. Este trabajo ha sido financiado con el programa UNAM-DGAPA-PAPIIT (IN115219).  Referencias [1] S. K. Mishra, S. Satpathy, O. Jepsen, J. Phys.: Condens. Matter 9, 461 (1997). [2] Y. S. Hor, A. J. Williams, J. G. Checkelsky, P. Roushan, J. Seo, Q. Xu, H. W. Zandbergen, A. Yazdani, N. P. Ong, R. J. Cava, Phys. Rev. Lett. 104 (5), 057001 (2010). [3] M. Liu, J. Zhang, C-Z. Chang, Z. Zhang, X. Feng, K. Li, Kang K. He, L-L. Wang, X. Chen, X. Dai, Z. Fang, Q-K. Xue, X. Ma, Y. Wang, Phys. Rev. Lett. 108 (3), 036805 (2012). [4] Y. S. Hor, J.G. Checkelsky, D. Qu, N.P. Ong, R.J. Cava, J. Phys. Chem. Solids 72 (5), 572 (2011).

Influencia de la capa conductora transparente en estructuras fotovoltaicas de película delgada basadas en la prevoskita inorganica BiFeO3

El desarrollo de energía limpia y sustentable es un problema que los gobiernos han empezado a abordar con urgencia en todo el mundo. La alta demanda actual de paneles solares, indica que las celdas solares continuarán evolucionando para proveer mayor eficiencia energética a un menor costo, pero más importante aún, con un bajo impacto ambiental [1,2]. Más del 80% de la industria solar actual está dominada por las tecnología basada en silicio, ya que ofrece gran estabilidad y eficiencia de conversión solar del orden de 25 %[3]. Dentro de las opciones para sustituir a las celdas de Si se encuentran las basadas en película delgada, las cuales poseen un costo de fabricación mucho menor. En este trabajo se explora el uso de películas inorgánicas de la perovskita BiFeO3 como semiconductor ferroeléctrico para su aplicación en una celda solar de película delgada. Las películas de BiFeO3 (BFO) fueron depositadas por el método de sol-gel inmersión-remoción sobre tres óxidos conductores transparentes (TCO) distintos usando las siguientes configuraciones: Vidrio/FTO/BFO, Vidrio/ITO/CFO y Vidrio/Cd2SnO4/BFO. Los sustratos de FTO e ITO fueron adquiridos comercialmente, mientras que el CdSnO4 fue crecido en nuestro laboratorio. Se realizó el estudio de la influencia del espesor de la película sobre las propiedades ferroeléctricas del material, usando 1, 3 y 5 recubrimientos con espesores entre 100-400 nm. La caracterización ferroeléctrica se llevó a cabo usando la técnica de Microscopía de Fuerzas Ferroeléctricas (PFM), en donde se e observó que los recubrimientos desde una capa (100 nm) presentan respuesta ferroeléctrica con voltajes mayores a 6 V. Lo cual hace al material muy prometedor para su uso en celdas fotovoltaicas de película delgada basadas en perovskita inorgánica. Referencias: [1] G. Chen, J. Chen, W. Pei, Y. Lu, Q. Zhang, Q. Zhang, Y. He, Bismuth ferrite materials for solar cells: Current status and prospects, Mater. Res. Bull. 110 (2019) 39–49. doi:10.1016/j.materresbull.2018.10.011. [2] B. Chen, X. Zheng, Y. Bai, N.P. Padture, J. Huang, Progress in Tandem Solar Cells Based on Hybrid Organic–Inorganic Perovskites, Adv. Energy Mater. 7 (2017). doi:10.1002/aenm.201602400. [3] M.A. Green, Y. Hishikawa, E.D. Dunlop, D.H. Levi, J. Hohl-Ebinger, M. Yoshita, A.W.Y. Ho-Baillie, Solar cell efficiency tables (Version 53), Prog. Photovoltaics Res. Appl. 27 (2019) 3–12. doi:10.1002/pip.3102.

Estudio de propiedades ópticas, eléctricas y estructurales de películas de BiFeO3 para su uso en dispositivos fotovoltaicos

Las celdas solares de película delgada basadas en perovskitas tanto orgánicas como inorgánicas es una de las áreas de investigación de gran interés en la actualidad. En particular, las películas de BiFeO3 son un material libre de plomo que ha sido ampliamente estudiados para aplicaciones como dispositivos de almacenamiento de información, dispositivos ferroeléctricos, entre otros. Sin embargo, su uso como material para dispositivos fotovoltaicos es prometedor debido a su baja energía de banda prohibida. En este trabajo se presenta una metodología sencilla para depositar películas de BiFeO3 por el método de sol-gel inmersión-remoción. Las películas que se presentan en este trabajo están compuestas por 1, 3 y 5 capas sobre sustratos de cuarzo. Cada capa lleva un tratamiento de secado a 200°C por 1 hr, posteriormente se realizó un tratamiento de sinterizado a 550°C por 1hr, ambos en atmosfera abierta. Se realizó la caracterización óptica y estructural de las películas. Los resultados de difracción de rayos X y espectroscopía Raman muestran que todos los recubrimientos están formados por la estructura rombohedral del BiFeO3 sin presencia de fases secundarias. Así también la caracterización por espectroscopia Uv-Vis muestra que las películas tienen una transmitancia (T) entre 50% > T > 60%, dependiendo del espesor de la película y valores de energía de banda prohibida Eg>2.6 eV. Por sus propiedades ópticas y estructurales, las películas de BiFeO3 depositadas por sol-gel inmersión-remoción son buenas candidatas para su incorporación en dispositivos fotovoltaicos de película delgada basados en perovskitas.

Sín­tesis y caracterización de la estructura cristalina y propiedades electrónicas de $Nb_{1-x}Y_xB_{2.5}$

Los boruros de metales de transición son una familia de compuestos muy interesantes ya que presentan una amplia gama de estequiometrías metal-boro, las cuales a su vez forman una gran variedad de estructuras cristalinas. El arreglo de los átomos de boro en la estructura cristalina puede dar origen a propiedades como alta dureza, magnetismo y superconductividad. En particular, los diboruros de metales de transición $MB_2$ pueden presentar vacancias del metal lo que genera modificaciones en la estequiometría de boro, por ejemplo $NbB_{2}$ no es superconductor y al cambiar el contenido de boro $NbB_{2+x}$ presenta superconductividad. En este trabajo se fijó la cantidad de boro y se llevó a cabo la sustitución de Y en sitios de Nb en el $Nb_{1-x}Y_xB_{2.5}$, donde $x=$ $0.000$, $0.025$ y $0.050$. La síntesis se efectuó mediante reacción en estado sólido bajo atmósfera de argón. La caracterización estructural se realizó mediante difracción de rayos X y las propiedades electrónicas fueron analizadas con espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X. Este trabajo ha sido parcialmente financiado con el programa UNAM-DGAPA-PAPIIT (IN115219).

Efecto del confinamiento vertical en las propiedades dieléctricas de películas de aluminio ultradelgadas

Las películas metálicas de aluminio presentan propiedades dieléctricas similares a su contraparte en bulto. Estas películas son adecuadas para aplicaciones en óptica, microelectrónica, telecomunicaciones, etc., debido a sus excelentes propiedades tales como, baja resistividad eléctrica, alta reflectividad, buena adhesión a los sustratos, y resistencia a la oxidación y corrosión. Dependiendo del método de crecimiento, la función dieléctrica de estas películas puede presentar diferencias debido a las condiciones de fabricación. Se ha reportado que películas de otros metales, como oro, iridio y plata, presentan propiedades dieléctricas peculiares por debajo de un valor umbral. En este trabajo, usamos la técnica de magnetrón sputtering para depositar películas de aluminio de diferentes espesores sobre sustrato de cuarzo con el fin de cruzar el valor umbral donde las propiedades dieléctricas de las películas cambian. Usando la técnica de espectroscopia elípsométrica, determinamos la función dieléctrica. Hemos encontrado que la parte real de la función dieléctrica se vuelve positiva para películas con espesor <30 nm en el rango de energía de 0.7 a 4.5 eV, y es negativa con características similares al bulto para espesores mayores a 30 nm. Estos resultados nos indica que hay una transición de comportamiento tipo metálico a tipo dieléctrico, posiblemente inducido por el confinamiento vertical del metal y por el umbral de percolación. Estos hallazgos son respaldados con mediciones de transmitancia, reflectancia y morfología de la superficie. El potencial de estos resultados podría aterrizarse en el desarrollo de dispositivos de modulación optoelectrónica, biosensores y ventanas inteligentes debido a la sintonización de las propiedades dieléctricas.

Crystal structure, magnetic and dielectrical behavior of YFe$_1$$_-$$_x$Ti$_x$O$_3$

The YFeO$_3$ perovskite has been recently characterized as multiferroic compound. Their orthorhombic structure is described by the centrosymmetric space group $Pnma/Pbnm$, which avoid the simultaneous presence of the ferroelectric and magnetic ordering. From a magnetic point of view, the system shows a canted-AFM ordering with T$_N$ of 655 K [1, 2]. Lately, it has been noticed that a first-order ferroelectric to paraelectric transition occurs at ~500 K in YFeO$_3$ . The mechanism that gives rise to ferroelectricity is under discussion, but it is believed to be associated with the breakdown of inversion symmetry. In this work, structural (DRX) and chemical (XPS) characterization as well as the magnetic and dielectric properties of the Ti doped YFeO$_3$ are reported. It was found that doping with Ti generates an increase in the unit cell volume and the d$^0$ – orbital of the Ti$^4$$^+$ is forbidden. The relative permittivity, $\epsilon’$, increases with the Ti content and it has a diffuse phase transition at ~600 K. Furthermore, calorimetry DSC measurements seem to indicate a magneto-elastic coupling around the magnetic transition. The results strongly suggest that the weak ferroelectric signal, which is seen as diffuse phase transition, can be induced by the magnetic transition.

Modelación de una aleación binaria Fe/Ni mediante un modelo de campo de fase para su simulación de microestructuras

Se propone un modelo de campo de fase para una aleación de un sistema binario Fe-Ni a partir de un sistema multi-componente. El sistema binario está clasificado como un modelo C en la representación Halperin y Hohenberg que involucra las ecuaciones acopladas de Cahn-Hilliar y Allen-Chan. Se propone el modelo del sistema binario Fe-Ni con la finalidad de reproducir micro-estructuras de este sistema binario. Y se obtienen aproximaciones a sus soluciones en forma numérica en busca del comportamiento de una super-aleación.

Propiedades físicas de películas ultradelgadas de niobio y silicio para su uso en nanoestructuras superconductor-dieléctrico

Este trabajo presenta un estudio de las monocapas que formarán parte de un sistema nanoestructurado superconductor-dieléctrico. El superconductor es niobio y el dieléctrico es silicio, ambos depositados sobre sustratos de Si(100) en un sistema magnetrón sputtering con vacío base de 1×10-9 Torr. Con el objetivo de obtener los valores de resistividad eléctrica más bajos posibles en las películas de niobio, se realizaron variaciones en la presión de depósito a 5, 10 y 15 mTorr. La resistividad eléctrica se midió en un rango de temperaturas desde 10.5 hasta 300 K utilizando la técnica de cuatro puntas y el método de Van der Pauw. Las películas de silicio también se depositaron a 5, 10 y 15 mTorr. Un aspecto importante que debe tomarse en cuenta para ensamblar el sistema nanoestructurado, es la rugosidad de la superficie de las capas de niobio y silicio. Películas de rugosidad baja pueden considerarse como placas, mientras que películas de rugosidad alta pueden conducir a un intermezclado niobio-silicio y afectar las propiedades eléctricas en el sistema nanoestructurado. La morfología de nuestras películas de niobio y silicio se evaluó mediante microscopía de fuerza atómica. Se encontró que rugosidad de las películas de niobio y silicio incrementa conforme aumenta la presión de depósito. Las películas depositadas a una presión de 5 mTorr tienen un valor de rugosidad cuadrática media menor a 1.5 nanómetros, mientras que la resistividad de la película de niobio depositada a esa presión fue la más baja. Estos resultados indican que ambas películas son buenas candidatas para formar el sistema nanoestructurado superconductor-dieléctrico.

Síntesis y caracterización del ternario semiconductor $CdS_{0.5}Se_{0.5}$ por Ablación Láser

Se presenta el estudio de las propiedades estructurales y ópticas de películas semiconductoras del compuesto ternario $CdS_{0.5} Se_{0.5}$ así como de los compuestos binarios sulfuro de cadmio ($CdS$) y selenuro de cadmio ($CdSe$). Las películas fueron depositadas por la técnica de Ablación Laser sobre sustratos de vidrio, cuarzo y silicio. La presión dentro de la cámara de crecimiento fue de $2.5x10^{-6}$ torr, los substratos fueron calentados a una temperatura de 400°C para el $CdS$ y de 500°C tanto para el $CdSe$ como para el $CdSe_{0.5} S_{0.5}$, el tiempo de depósito fue de 30 min. Se usó un láser pulsado Nd:YAG con longitud de onda de 1064 nm, con frecuencia de 30 Hz y a una potencia de 1.8 W. \[ \] Se obtuvieron películas con espesor de 1 μm para el $CdS$, 1.2 μm para el $CdSe$ y 1.4 μm para el $CdSe_{0.5} S_{0.5}$. Por difracción de rayos X se sabe que las películas son policristalinas con orientación principal en el plano (002) de la fase hexagonal. Por espectroscopia de absorción UV-Vis se obtiene que el valor de la banda prohibida del ternario $CdS_{0.5} Se_{0.5}$ es 1.9 eV, mientras que para $CdS$ 2.39 eV y 1.68 eV para $CdSe$. Los espectros de fotoluminiscencia a temperatura ambiente muestran bandas de emisión centradas en 1.9 eV para el $CdS_{0.5} Se_{0.5}$, en 2.4 y 1.7 eV para el $CdS$ y el $CdSe$ respectivamente. Se estudia el corrimiento en el ancho de banda prohibida del ternario respecto a los binarios, el cual se genera principalmente a partir de la incorporación de selenio en posiciones del azufre en el arreglo cristalino. El valor del ancho de banda prohibida del ternario respecto a su composición está de acuerdo con trabajos previamente publicados.

Influencia de la temperatura del sustrato en el procesamiento de películas delgadas de sulfuro de indio procesadas por la técnica de erosión catódica RF

Se procesaron películas delgadas de sulfuro de indio por la técnica de erosión catódica RF, sobre sustratos de vidrio variando su temperatura desde 24 a 350 °C, manteniendo constante la frecuencia de 75 W de la fuente de radiofrecuencia. Se realizaron caracterizaciones de difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopía de dispersión de rayos X (EDX), absorción óptica UV-Vis (OA) y resistividad eléctrica. De los difractogramas obtenidos por DRX se determinó una estructura policristalina de la fase beta del sulfuro de indio en las películas procesadas, por medio de las micrografías de MEB se observó un tamaño de grano promedio de 32 nm, el análisis de EDX confirmó que el material depositado es sulfuro de indio, de los datos proporcionados por OA se determinó una variación de ancho de banda prohibida y el orden de la resistividad eléctrica fue de 10^3Ω cm.

Influencia de la potencia de la fuente de Radiofrecuencia en el procesamiento de películas delgadas de sulfuro de indio procesadas por la técnica de erosión catódica RF

Se procesaron películas delgadas de sulfuro de indio por la técnica de erosión catódica RF, sobre sustratos de vidrio variando la fuente de radiofrecuencia desde 50 a 250 W, a una temperatura ambiente del sustrato. Se realizaron caracterizaciones de difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopía de dispersión de rayos X (EDX), absorción óptica UV-Vis (OA) y resistividad eléctrica. De los difractogramas obtenidos por DRX se determinó una estructura policristalina de la fase beta del sulfuro de indio en las películas procesadas, por medio de las micrografías de MEB se observó un tamaño de grano promedio de 30 nm, el análisis de EDX confirmó que el material depositado es sulfuro de indio, de los datos proporcionados por OA se determinó una variación de ancho de banda prohibida desde 2.3 a 2.6 eV y el orden de la resistividad eléctrica fue de 10^3Ω cm.

Síntesis y caracterización de películas delgadas de Sulfuro de Cadmio por Ablación Láser

Se sintetizaron películas de Sulfuro de Cadmio (CdS) usando el método de Ablación Láser, usando un láser pulsado Nd:YAG con una longitud de onda de 1064 nm a una frecuencia de 30 Hz. El depósito se realizó sobre 3 sustratos; vidrio corning,cuarzo y silicio(111), los cuales se calentaron a una temperatura de 400 ºC, con una presión dentro de la cámara de 2.5x10-6 torr, con un tiempo de depósito de 30 minutos. Usando espectroscopía ultravioleta visible (UV-Vis) se obtuvo el ancho de banda prohibida en 2.394 eV para el cuarzo, 2.406 y 2.384 eV en el vidrio. Además en el espectro de fotoluminiscencia a temperatura ambiente (300K) donde se obtuvieron dos picos de emisión; uno centrado en 2.425 eV con un ancho medio (FWHM) de 115 meV asociado a la transición fundamental y otro en 1.8 eV debido a los defectos por las vacancias del azufre en la muestra del silício. Para el vidrio se obtuvo un pico de emisión centrado en 2.406 eV con FWHM de 110 meV y en cuarzo de 2.36 eV con FWHM de 130 meV. Se analizó la estructura cristalina de las muestras a través de difracción de rayos X(XRD) sobresaliendo los planos (002) y (013) de la fase hexagonal del material. obteniendo un tamaño de cristal(a partir de la ecuación de Debye-Scherrer), de 60.16 nm en cuarzo, 36.2 nm en vidrio y 51.74 en silício. Con una distancia interplanar de 3.458 A en cuarzo, 3.46 A en vidrio y 3,458 A en silício. De los difractogramas obtenidos se observa que la estructura cristalina tiene buena calidad cristalina, ya que se obtuvieron picos bien definidos. Palabras clave: Difracción de Rayos X, Fotoluminiscencia, Ablación Láser, espectroscopía, transición fundamental, banda de defectos.

Linearized Analytical Solution Of PDE Heat Transfer In A Solid Material Excited By Light With Radiant Thermal Losses

A method to linearize partial differential equations (PDEs) of heat diffusion and its initial with boundary conditions in a wide interval of temperature is presented. Thus, an analytical solution of the heat conduction problem was achieved in a virtual experiment performed in a lead wall with an ideally established configuration. For other arrangements where an analytical solution is not possible, simple standard programs can be used as an alternative to solve the linearized partial differential equations obtained with the proposed method. A sophisticated computer program as the standard gold method of COMSOL Multiphysics® was used for the evaluation of error of procedure. It was validated that the relative error of the analytical solution, in comparison to the digital simulation with COMSOL Multiphysics, can be found without the need to own and use the COMSOL Multiphysics program. For our configuration, the error is 1.16 % and focuses on the initial part of the process.

The exact two-spinon longitudinal dynamical structure factor of the anisotropic XXZ model

Inelastic neutron scattering experiments are commonly used to unveil how excitations on Heisenberg spin models play a role in dynamical correlations functions. For a certain class of materials, like CsCoCl or CsCoBr salts, it turns out that their magnetic properties are fairly well approximated by quasi-one dimensional XXZ models, which enjoy the property of quantum integrability. In these instances, one can in principle use their underlying algebraic structure to describe very precisely how excitations, the so-called spinons, participate in dynamical correlations functions. Even though the available theories (either algebraic Bethe ansatz or quantum group approach) provide all the needed physical quantities such as form factors, complete set of eigenstates and spectrum, it is typically a rather daunting task, however, to obtain sufficiently simple analytical expressions for computing Dynamical Structure Factors (DSFs), valuable, eg, for parameters estimation based on experimental data. This is particularly the case for the longitudinal DSF of the XXZ model, which has eluded a formal mathematical treatment thus far. Using the quantum group approach, we present here an exact and simple expression of the 2-spinon longitudinal DSF and show our results to be consistent with the expected sum rules and the isotropic and Ising antiferromagnet limiting cases.

Caracterización de Celdas Solares por espectroscopía de fotovoltaje superficial

La espectroscopía de fotovoltaje superficial (SPS, por sus siglas en inglés) es una de las técnicas más sencillas y efectivas para caracterizar materiales semiconductores. En este trabajo, utilizando una lámpara de tungsteno cuyo espectro ha sido modelado como el de un cuerpo negro a una temperatura de 3500 K, se mide el fotovoltaje superficial de varias celdas comerciales con diferentes estructuras. Se realizó una modelación del fotovoltaje generado resolviendo la ecuación de continuidad para los portadores. A partir de las singularidades matemáticas de las ecuaciones que describen las densidades de corrientes generadas se propone un nuevo método para hallar la longitud de difusión de portadores minoritarios y para la caracterización de las celdas.

Tiempo de retardo de Wigner y kernel de Poisson en la dispersión resonante de un canal

En el análisis de los sistemas mesoscópicos se estudian efectos de desfasamiento cuántico que dan origen a interferencia cuántica. En esta charla se discute el comportamiento de la matriz de dispersión resonante de un canal con un potencial delta, se analiza la fase de Friedel y el kernel de Poisson para este sistema. Los resultados así obtenidos muestran que el recíproco del tiempo de retardo coincide con el kernel de Poisson.

Efecto del flujo Aharonov-Bohm en la fase de Friedel y el tiempo de retardo de Wigner

Estudiamos el efecto de un flujo magnético en la distribución de la fase de la matriz de dispersión de un anillo balístico, concectado a un reservorio electrónico por medio de un alambre balístico con un canal. ambién determinamos el tiempo de retardo de Wigner y lo comparamos con la distribución de la fase. Encontramos que la distribución de la fase no coincide con el kernel de Poisson para una de las resonancias que se superponen por pares, pero sí lo hace si se consideran ambas resonancias. En cualquier caso, la distribución de la fase se describe bién por el recíproco del tiempo de retardo. Finalmente, efecto del flujo magnético no desaparece en la distribución del tiempo de retardo al considerar una y dos resonancias que se traslapan.

Resonancias de Fano y procesos directos en el límite de resonancias aisladas

Analizamos el efecto de los procesos directos en la forma de la resonancia, en el límite de resonancias aisladas, por medio de una transformación de la matriz de dispersión que se sabe añade procesos directos a la dispersión resonante. Consideramos la resonancia aislada ideal y la escribimos en la forma de resonancia de Fano para derterminar el factor de asimetría o de Fano. Asimismo, usamos la misma tranformación a la inversa para determinar la forma de la resonancia en ausencia de procesos directos.

Propiedades luminiscentes del fósforo $Sr_{2}LiAlO_{4}: Eu^{3+}$

La búsqueda de fósforos de alta eficiencia hechos a base de elementos abundantes y de menor impacto al ambiente, es un área de investigación de importancia creciente. En este contexto, diversas estrategias se han instrumentado para identificar compuestos anfitriones que puedan alojar especies ópticamente activas anticipando, además, buenas eficiencias. Un de estos compuestos, diseñado a medida a partir de un análisis de miles de sistemas es el $Sr_2LiAlO_4$ ($SLAO$) [1]. En este trabajo se reporta la síntesis a través de estado sólido del $SLAO$ puro y dopado con $Eu^{3+}$ y $Ce^{4+}$, así como su caracterización a través de difracción de rayos X (DRX) y espectroscopías de absorción óptica y fotoluminiscente. Los patrones de DRX, incluyendo aquellos de los compuestos dopados con Eu y Ce, confirman la presencia de la fase de interés, demostrando la incorporación de estos iones a la estructura cristalina del $SLAO$ que, de acuerdo con el análisis completo del perfil de los difractogramas, posee simetría monoclínica compatible con el grupo espacial $P2_1/m$ (11). Los espectros de reflectancia difusa revelan una banda ancha por debajo de los 350 nm que está asociada a la transición fundamental del $SLAO$. Como es de esperar, sólo los espectros de emisión y excitación de la muestra $SLAO$:$Eu^{3+}$ presentan máximos característicos asociados a las transiciones $f-f$ del $Eu^{3+}$; además, en el espectro de excitación de esta misma muestra, se observa una banda muy prominente con máximo alrededor de 270 nm adscrita a un estado de transferencia de carga ligante metal (TCLM) $O^{2-/-} \to Eu^{3+/2+}$. Finalmente, mediante el formalismo de modelo del corrimiento químico que permite referir niveles electrónicos a la energía del vacío partiendo del valor de la energía del bandgap óptico, calculado de los espectros de reflectancia difusa, y con el valor de la energía del estado TCLM $O^{2-} \to Eu^{3+}$, establecido a partir del espectro de excitación, se construyó un diagrama de niveles de energía de los lantánidos divalentes y trivalentes relativos a las bandas de valencia y conducción del $SLAO$. Este diagrama permite evaluar el uso potencial de este material anfitrión en otras aplicaciones luminiscentes. [1]. Z. Wang, J. Ha, Y. H. Kim, W. B. Im, J. McKittrick, S. P. Ong. Mining unexplored chemistries for phosphors for high-color-quality whitelight-emitting diodes. Joule, 2 (2018) 914-926. Agradecimientos. Al CONACyT por la beca otorgada a RHZ para los estudios de maestría (CVU 955907). Al laboratorio de difracción de rayos X (T-128) por la medición de los patrones de DRX.

Propiedades luminiscentes de soluciones sólidas de $Y_2O_3$ con $Pr^{3+}$ e $Yb^{3+}$

El $Y_2O_3$ se ha utilizado como material huésped en un sinnúmero de aplicaciones ópticas debido a sus propiedades físicoquímicas. Posee baja toxicidad y alta estabilidad química; tiene una energía fonónica máxima relativamente baja (~600 cm-1) que es favorable para aplicaciones luminiscentes, de ahí que el $Y_2O_3$ dopado con iones lantánidos haya sido ampliamente utilizado en pantallas y dispositivos emisores de luz. En este trabajo, se presenta la caracterización de las propiedades estructurales y ópticas de las soluciones sólidas de $Y_2O_3$ con $Pr^{3+}$ e $Yb^{3+}$ con las siguientes composiciones $Y_{0.995}Pr_{0.005}O_3$, $Y_{0.975}Yb_{0.025}O_3$, $Y_{0.97}Pr_{0.005}Yb_{0.25}O_3$ y $Y_{0.945}Pr_{0.005}Yb_{0.50}O_3$. Todos los compuestos, incluyendo al óxido de itrio puro, se sintetizaron mediante el método de coprecipitación reversa. La estructura cristalina se analizó a partir del ajuste completo del perfil de los patrones de difracción de rayos X. A partir de este análisis se cuantificó el parámetro de la celda cristalina que posee simetría cúbica compatible con el grupo espacial $Ia-3$ (206); así como el tamaño promedio de cristalito. El parámetro de red, al nivel del error del refinamiento instrumentado, no muestra cambios en las soluciones sólidas con los lantánidos respecto al óxido de itrio puro. Los tamaños promedio de cristalito están en por debajo de los 100 nm. La caracterización de las propiedades ópticas de los materiales se llevó a cabo a partir de la medición de espectros de reflectancia difusa, emisión y excitación. Los espectros de reflectancia difusa permitieron determinar el valor de la energía de la banda prohibida en el $Y_2O_3$, que resultó ser aproximadamente de 5.6 eV, en concordancia con lo reportado en la literatura. Los espectros de reflectancia difusa de las composiciones con $Pr^{3+}$ e $Yb^{3+}$, además de la señal correspondiente a la transición interbanda del $Y_2O_3$, presentan máximos que, en el caso del $Yb^{3+}$, es compatible con un estado de transferencia de carga ligante metal (TCLM) $O^{2-/-} \to Yb^{3+/2+}$ en tanto que para las que incluyen $Pr$, éstos pueden asociarse a la transición $4f-5d$ del $Pr^{3+}$ y a una transición de un estado TLMC $O^{2-/-} \to Pr^{4+/3+}$, lo cual pone de manifiesto que el Pr, incorporado originalmente con valencia $3+$, al menos, parcialmente, se oxida. Los espectros de excitación para estas mismas composiciones apoyan los resultados anteriores. Para sustentar este conjunto de hallazgos se construyó el diagrama de niveles de energía a partir del formalismo del modelo del corrimiento químico, el cual permite referir los niveles del $Pr^{3+}$ y del $Yb^{3+}$ con relación a las bandas de valencia y conducción del $Y_2O_3$ bajo una referencia única de energía: la del vacío. Finalmente, los espectros de emisión presentan máximos asociados a las transiciones $f-f$ del $Pr^{3+}$ e $Yb^{3+}$, ofreciendo evidencia adicional de que éstos se han incorporado al $Y_2O_3$.

Brecha de energía en heteroestructuras híbridas 2D G/hBN

El advenimiento de los materiales bidimensionales (2D) ha generado un creciente interés debido sus interesantes propiedades y a la variedad de dispositivos en los cuales pueden ser usados. Sin embargo, más interesante aún son las propiedades de heteroestructuras construidas capa por capa de dos o más de estos materiales 2D. El Grafeno (G) y la monocapa de nitruro de Boro hexagonal (hBN) son dos de los principales exponentes de estos materiales, ambos tienen un átomo de espesor y estructuras tipo panal de abejas muy similares pero con brechas de energía muy diferentes. El grafeno es un semimetal (0 eV) y el hBN es un aislante (5.9 eV) En este trabajo presentamos cálculos de propiedades estructurales y electrónicas para diferentes configuraciones de heteroestructuras híbridas 2D de G/hBN, en el marco de la teoría del funcional de la densidad. Nos enfocamos en el cálculo de la brecha de energía ya que éste ha sido un tema de discusión por varios años.

Estudio para la mejora de la reflectividad de recubrimientos de aluminio sobre sustrato polimérico

En el proceso industrial de metalizado de faros automotrices se presentan variaciones en la reflectividad que pueden llegar a ser motivo del rechazo de estos. Si bien el depósito de capas metálicas delgadas sobre sustratos cerámicos ha sido estudiado ampliamente, no existen muchos estudios que analicen el efecto de la morfología del recubrimiento de aluminio en la reflectividad resultante después del depósito sobre el sustrato de policarbonato de los faros. Para mejorar la comprensión al respecto, hemos llevado a cabo un estudio teórico mediante LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) que permite explorar el comportamiento morfológico de la superficie de aluminio depositada a tiempos y temperaturas variables que buscan emular los parámetros industriales. Adicionalmente, se presenta un estudio práctico en el que se realizaron depósitos a diferentes temperaturas y tiempos utilizando un equipo comúnmente empleado en la industria. Se llevó a cabo un análisis de la rugosidad superficial de los depósitos mediante imágenes de microscopía electrónica de barrido y microscopía de fuerza atómica. Además, se estudió el espesor del recubrimiento, y se pudo obtener un espesor óptimo de 800 nm, en función del tiempo de depósito y de la temperatura del sustrato para el cual la reflectividad tuvo un máximo de 82%, para una longitud de onda de 500 nm. El análisis de microscopía en conjunto con el de difracción de rayos X permitió detectar la formación de promontorios o hillocks, asociados a la presencia de impurezas de oxígeno que provocan un cambio en la energía superficial durante la formación del cristal entre los planos (100) y (110). Nuestros resultados indican que mediante el análisis teórico y práctico se pueden obtener una mejora de la reflectividad del recubrimiento variando la temperatura del sustrato y el tiempo de depósito.

Estimación de las propiedades efectivas en compuestos visco-elásticos formados por fibras distribuidas periódicamente

Se considera un compuesto visco-elástico reforzado con fibras. Las fibras se distribuyen periódicamente a lo largo de las dos direcciones perpendiculares a la orientación de las fibras. Se estudiarán casos de celdas cuadradas y celdas hexagonales. En el compuesto visco-elástico las propiedades materiales dependen del tiempo; por lo cual, se estudian las propiedades efectivas en función del tiempo. Escogeremos en nuestro estudio modelos visco-elásticos tales como: Modelo de Maxwell, Modelo de Kelvin, Modelo de Series de Prony y Modelo de Rabotnov. Comparaciones entre los modelos visco-elásticos serán presentadas. Los seis problemas locales obtenidos de la aplicación del Método de Homogeneización Asintótica son resueltos utilizando el Método de Elemento Finito. Esta combinación de métodos le llamamos Método Semi-analítico para calcular propiedades efectivas. Se presentan resultados numéricos para las propiedades efectivas y se compararan con fórmulas cerradas.

Comportamiento mecánico de aceros estructurales en las inmediaciones de la transición dúctil-frágil

Los sucesos del Titanic y los buques Liberty son claros ejemplos de la importancia de comprender el comportamiento mecánico de los metales estructurales en aplicaciones a temperaturas que pueden provocar fractura frágil. No obstante los avances científicos y tecnológicos al respecto, a la fecha en muchas aplicaciones las especificaciones de material se limitan a propiedades a temperatura ambiente, sin considerar suficientemente las condiciones reales de operación que pueden implicar temperaturas de hasta -40°C . Para comprender mejor el comportamiento mecánico de un acero tipo 15B23 usado en componentes estructurales para vehículos, realizamos el estudio fractográfico en muestras sometidas a ensayos de impacto a temperaturas entre la ambiente y hasta -50°C. Además de la caracterización microestructural y ensayos de tensión (ASTM E8) y dureza, efectuamos ensayos de impacto (ASTM E23) en muestras sometidas a tratamientos térmicos de temple y revenido para tener distintos niveles de resistencia nominal a la cedencia, entre 120 y 200 ksi. Se encontró que conforme la temperatura de las muestras de acero desciende desde 30°C hasta -50°C, la tenacidad del acero en general disminuye, detectándose un comportamiento anómalo para la condición de solo templado, cuya resistencia de cedencia se incrementó en el intervalo de -10°C a -30°C. El estudio fractográfico por microscopía electrónica de barrido revela que el carácter de la fractura es en general mixto con tendencia a que prevalezca fractura dúctil, solo se observó un marcado carácter frágil para las menores temperaturas, se detecta una correlación de este comportamiento con la distribución de fases obtenidas después del revenido, los estudios para la elucidación de dicha correlación están en curso.

Teorema de Reciprocidad en YBa2Cu3O7-x

Se investigó la simetría en el circuito de la Técnica de Cuatro Puntas al emplearse en materiales superconductores. La Técnica de Cuatro Puntas consiste en suministrar a la muestra de prueba una corriente y medir por separado la caída de voltaje. La simetría en el circuito eléctrico se estudió intercambiando la fuente de corriente y el medidor de voltaje. Este tipo de simetría es conocido en Electrónica como Teorema de Reciprocidad. Se estudiaron todas las posibles combinaciones que pueden hacerse en los cuatro contactos eléctricos que forman la Técnica de Cuatro Puntas al intercambiar la fuente de corriente y el medidor de voltaje. Se utilizó el compuesto superconductor YBa2Cu3O7-x como muestra de prueba y se realizaron las mediciones eléctricas en función de la temperatura con la finalidad de observar posibles rompimientos en la simetría del circuito eléctrico. Nuestros resultados muestran que el Teorema de Reciprocidad se cumple tanto en el estado normal como en el estado superconductor, indicando que se conserva una simetría en el circuito durante ambos estados. Sin embargo, durante la transición superconductora, el Teorema de Reciprocidad deja de cumplirse, indicando que existe un rompimiento gradual de la simetría en el circuito conforme se pasa del estado normal al estado superconductor, volviendose a recuperar dicha simetría una vez que se logra el estado superconductor.

Germaneno decorado con metales alcalinos y de transición para el almacenamiento de hidrógeno: un estudio DFT

Recientemente las nanoestructuras bidimensionales (2D) han sido investigadas extensamente debido a sus propiedades extraordinarias físicas y químicas y han sido consideradas para posibles aplicaciones en el almacenamiento de hidrógeno, baterías, sensores químicos, etc. En el último lustro, se ha investigado que los metales alcalinos (MA) y metales de transición (MT) se han usado para funcionalizar diferentes nanoestructuras 2D. Además, se han realizado investigaciones donde muestran que las decoraciones con metales pueden incrementar la interacción con las moléculas de H2. Motivados por los trabajos de estructuras 2D funcionalizados con metales, se realizaron cálculos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) para estudiar la adsorción de moléculas de H2 en germaneno pristino y germaneno decorado con MA y MT. Se modelo una supercelda de 4×4, que se utilizó para todos los cálculos de adsorción de MT y moléculas de H2. Los resultados de las energías de enlace indican que la interacción entre los átomos de MA(MT) con el germaneno es muy fuerte, y para todos los metales el sitio más favorable fue el sitio hexagonal del germaneno. Todas las energías de adsorción de las moléculas de H2 en MA y MT están en el rango de fisisorción, lo cual es deseable para el proceso de desorción. El germaneno decorado con K tiene la mayor capacidad de almacenamiento, siendo capaz de adsorber hasta 6 moléculas de H2, por otra parte, el germaneno decorado con átomos de Au y Na adsorben hasta 5 y 4 moléculas, respetivamente. Los átomos de Li y Ag en germaneno pueden adsorber un máximo de 3 moléculas, mientras que el Cu en germaneno solo puede adsorber una molécula de H2. Los resultados indican que el germaneno decorado con MA y MT pueden servir como medios de almacenamiento de hidrógeno.

Simulaciones de dinámica molecular de nanoalambres de oro bajo tensión uniaxial: Efectos de ordenamiento cristalino, temperatura, y taza de deformación

En este trabajo se simulan nanaoalambres de Au infinitamente largos sometidos a tensión uniaxial. Se prepararon nanalambres crecidos en tres dimensiones cristalográficas distintas, además de un nanoalambre cuya estructura está basada en la geometría icosaédrica. Se analizan los cambios en la estructura durante la deformación, en particular la formación de dislocaciones, y se obtienen algunas de las propiedades mecánicas características, como módulo de Young, resistencia a la tensión, porcentaje de elongación, y razón de Poisson. Las interacciones atómicas se modelan por medio de un potencial de Embedded Atom. Se encuentra que mientras la resistencia a la tensión es sensible a la temperatura, con diferencias de hasta 20 GPa entre 1 y 300 K, el porcentaje de elongación no parece depender de la temperatura. El alambre con orientación {111} es el más resistente (122 GPa a 1K), y el {001} el más débil (45 GPa a 1K) con los otros en valores intermedios. Un comportamiento que compartieron las estructuras fue que presentaron periodos de recristalización a lo largo del estiramiento, en donde la curva tensión-deformación vuelve a tomar un comportamiento lineal y adquiere un nuevo límite elástico.

Efecto de la adsorción de metales en las propiedades estructurales y electrónicas de nanoalambres de silicio

La investigación sobre las propiedades físicas y químicas de los nanoalambres de silicio (SiNW) ha logrado alcanzar un gran desarrollo en distintos campos tales como la ingeniería, medica, etc. Dicho material posee propiedades únicas, tales como las electrónicas, mecánicas, etc, y tiene potenciales aplicaciones en baterías de iones de litio, celdas solares, diferentes tipos de sensores, etc. De la misma forma, la modificación de la superficie de los nanoalambres, utilizando diferentes elemento, grupos funcionales o moléculas, ha sido estudiada teórica y experimentalmente para cambiar sus propiedades físico-químicas. Entre estas modificaciones esta la decoración con átomos metálicos, tales como Au, Ag, Cu, etc. Motivados por estos estudios y aplicaciones se realizaron cálculos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) para estudiar la interacción entre cada uno de estos metales y los nanoalambres de silicio. Se calcularon las energías de adsorción, distancias de enlace y transferencias de carga entre los metales y los SiNW. Además, se analizaron las estructuras de bandas electrónicas y las densidades de estados parciales, así como las energías de formación. Los resultados muestran que la interacción es más intensa con el átomo de Cu, seguida por el Au y siendo la menos intensa con el átomo de Ag. Los resultados nos muestran que los distintos metales tienen gran interacción con los SiNW, lo que nos podría indicar que estos sistemas (SiNW + metal) podrían ser utilizados para aplicaciones en la adsorción de diferentes agentes químicos y biológicos, catálisis y almacenamiento de energía.

Efecto de la pasivación sustitucional del Li en las propiedades electrónicas de nanoalambres de Ge

En este trabajo, se estudian las propiedades electrónicas y la estabilidad energética de nanoalambres de germanio pasivados con hidrógeno (H-GeNW) crecidos en la dirección cristalográfica [111] con tres diámetros diferentes, así como la sustitución de átomos de H por Li con diferentes concentraciones. El estudio se desarrolla usando la teoría funcional de densidad en la aproximación local de densidad (LDA). Los resultados indican que todos los H-GeNW estudiados mantienen un comportamiento semiconductor y el tamaño de la brecha de energía, así como su energía de formación disminuyen como función del diámetro del nanoalambre y de la concentración de Li en la superficie. Por otro lado, la energía de enlace de los átomos de Li es esencialmente independiente de la concentración de Li, presentando solo algunos valores ligeramente menores para el diámetro más pequeño que se estudió. Los resultados de este trabajo ayudan a entender el efecto del Li en las propiedades electrónicas y la estabilidad energética de los nanoalambres durante el proceso de carga-descarga de Li y abren la posibilidad de incorporarlos como electrodos en las baterías de iones de litio. Agradecimientos Este trabajo fue financiado por los proyectos multidisciplinarios 2020-2091,2093 y 2106 de SIP-IPN, y UNAM-PAPIIT IN109320. Los cálculos fueron realizados en la supercomputadora Miztli de la DGTIC-UNAM y el Laboratorio Nacional de Supercomputo del Sureste de México (LNS) por el proyecto No. 201903082N. L G A y J P A C agradecen a BEIFI-IPN y al CONACyT por las becas.

Propiedades mecánicas y electrónicas de Nanoalambres de Si con Li y Na superficial

En este trabajo, se presenta un estudio teórico de las propiedades mecánicas y electrónicas de nanoalambres de Silicio (Si) con estructura tipo diamante, pasivados con átomos de Hidrógeno (H), crecidas en la dirección cristalográfica [111], y considerando la sustitución de átomos de H por átomos de i) Litio (Li) y ii) Sodio (Na). El estudio se realiza usando la teoría del funcional de la densidad en la aproximación local de la densidad (LDA). Los resultados indican que el nanoalambre mantiene un comportamiento semiconductor y la brecha de energía disminuye como función de la concentración de Li y Na en la superficie, siendo más notorio este efecto con Na. Por otro lado, el análisis del módulo de Young indica que este se incrementa como función de la concentración de Li en la superficie, en contraste, se mantiene casi constante con las diferentes concentraciones de Na. Estos resultados abren la posibilidad de incorporar a los nanoalambres de Si como materiales anódicos en baterías recargables usando Li y Na. Este trabajo fue financiado por los proyectos multidisciplinarios 2020-2091,2093 y 2106 de SIP-IPN, y UNAM-PAPIIT IN109320. Los cálculos fueron realizados en la supercomputadora Miztli de la DGTIC-UNAM y el Laboratorio Nacional de Supercomputo del Sureste de México (LNS) por el proyecto No. 201903082N.

Estudio de las fluctuaciones de espín en hidruro de paladio bajo presión hidrostática

En este trabajo se hace un estudio de las fluctuaciones de espín en la termodinámica superconductora bajo presión hidrostática del sistema de hidruro de paladio, donde el hidrógeno se reemplaza por deuterio y tritio (PdH, PdD, PdT) que experimentalmente presentan propiedades superconductoras, para explicar el efecto isotópico anómalo entre los compuestos PdH y PdD. El estudio se realizó en el marco de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) considerando la teoría de Eliashberg, implementada en el código ELK. La temperatura crítica (Tc) encontrada en este trabajo para los sistemas PdH, PdD y PdT, es 9.6 K, 10.6 K y 11.2 K, respectivamente, que están en acuerdo con los datos reportados en la literatura. Adicionalmente, encontramos que las constantes del acoplamiento disminuyen a medida que aumenta la presión hidrostática.

Magnetismo en superficie de mocapas de vanadio sobre W(100)

La actividad magnética en superficies de materiales que en volumen no son magnéticos es un tema de interés. En particular, en el caso de monocapas de metales de transición, la interacción entre las monocapas superficiales con el sustrato puede conducir a un comportamiento magnético inusual donde la la tensión y la hibridación juegan un papel muy importante. En este trabajo, hemos estudiado las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de moncapas de V sobre W(100). Los cálculos fueron realizados con el método FP-LAPW (Full Potential-Linearized Augmented Plane Wave), utilizando la aproximación de densidad local (LDA), la aproximación de gradiente generalizado (GGA) y el funcional B3LYP para la energía de intercambio-correlación, incluyendo el término de acoplamiento espín-órbita. Se encontró una transición magnética a no magnética en la superficie en función del número de monocapas de vanadio. Para los casos de una monocapa y bicapa, encontramos que la fuerte hibridación entre los orbitales 3d de la capa superior y los orbitales 5d del sustrato definen las características de la densidad superficial de estados electrónicos, lo que resulta en un momento magnético en la superficie de 1.06 µB, 1.42 µB, 1.21 µB para 1V/W(100) y 0.53 µB, 1.07 µB, 0.71 µB para 2V/W (100) con las aproximaciones LDA, GGA y B3LYP, respectivamente. En contraste, para el sistema 3V/W(100) el magnetismo en la superficie desaparece.

Impacto del estado $3d_1-Ti$ en la propiedades ópticas de $MZrO_3$ ($M=$ $Ca$ y $Sr$) dopados con $Pr^{3+}$ y $Ti^{4+}$

En los años recientes nuestro grupo de investigación ha realizado esfuerzos sistemáticos para entender la interacción entre el titanio y algunos lantánidos trivalentes como el $Pr^{3+}$ y el $Yb^{3+}$. En el caso del $Pr^{3+}$, los niveles $3d$ del $Ti$ producen la inhibición de su emisión azul verdosa ($^3P_0 \to ^3H_4$) en favor de aquella en el rojo ($^1D_2 \to ^3H_4$). Esta característica puede explotarse para producir la modulación entre ambas emisiones, por ejemplo, en soluciones sólidas de los compuestos de tipo perovskita $SrTiO_3$ y $SrZrO_3$ ($SZO$) dopadas con $Pr^{3+}$; en el primero, la emisión roja domina en tanto que en el último, lo hace la azul verdosa. Llama la atención que el efecto en la respuesta luminiscente en tales soluciones sólidas es significativo aun para concentraciones de $1 \hspace{0.15cm} mol\%$ de $Ti$. A partir de este hecho, y de que dos modelos se disputan el origen del efecto en las propiedades luminiscentes del $Pr^{3+}$ en titanatos, uno apelando a un estado de transferencia de carga metal-metal $Pr^{3+/4+} \to Ti^{4+/3+}$ y el otro a un estado similar pero de tipo metal-ligante $O^{2-/-} \to Ti^{4+/3+}$, resulta de interés intentar esclarecer cuál sería el efecto del $Ti$ en concentraciones menores y en materiales anfitriones con distinta estructura electrónica. Para tal fin, se sintetizaron muestras de $CaZrO_3$ ($CZO$) y $SrZrO_3$ dopadas con $Pr^{3+}$ ($0.03\%$ en $mol$) y $Ti^{4+}$ en concentraciones de $20$ $ppm$ y $200$ $ppm$ mediante el método del complejo polimérico. Los compuestos se caracterizaron por difracción de rayos X, confirmando la presencia de las fases esperadas para el $CZO$ y el $SZO$. Para su caracterización óptica se midieron espectros de absorción y fotoluminiscencia. Los resultados indican la presencia del estado de transferencia de carga ligante metal (TCLM) $O^{2-} \to Ti^{4+}$, para $20$ $ppm$ y $200$ $ppm$ en el $SZO$ y su fuerte interacción con el $Pr^{3+}$. En el $CZO$, las diferencias en su estructura electrónica respecto al $SZO$ favorecen la transición $4f-5d$ del $Pr^{3+}$ que aun en el $CZO$ con $20$ $ppm$ de $Ti^{4+}$ domina la respuesta luminiscente de este compuesto. Sin embargo, en la muestra con $200$ $ppm$ de $Ti^{4+}$ la aparición de una banda de tipo TCLM $O^{2-} \to Ti^{4+}$, de menor intensidad, enmascara aquella adscrita a la transición $4f-5d$ del $Pr^{3+}$. Finalmente, la construcción de los diagramas de energía electrónicos referidos al vacío a partir de la información provista por los espectros de reflectancia difusa y de fotoluminiscencia del $CZO: Pr^{3+}/ Ti^{4+}$ y el $SZO: Pr^{3+}/ Ti^{4+}$, ofrece evidencia más allá de toda duda razonable de que el estado electrónico que media la respuesta luminiscente del $Pr^{3+}$ en presencia de $Ti^{4+}$ es de tipo TCLM $O^{2-} \to Ti^{4+}$. Agradecimientos. A PRODEP-SEP por la beca postdoctoral otorgada a GLP. También, al Laboratorio de DRX (T-128) UAM-I por las mediciones de DRX.

Estudio del efecto combinado de las tensiones y el campo eléctrico en bicapas de grafeno considerando las interacciones de tipo van der Waals

El Grafeno es, sin lugar a duda, uno de los materiales mas revolucionarios en épocas recientes, en particular por establecer toda una nueva línea de estudios en sistemas 2D. Las bicapas de grafeno son un excelente escenario para estudiar fenómenos físicos. Por ejemplo en una bicapa al cambiar el tipo de apilamiento podemos pasar de un sistema semimetalico a un semiconductor con un pequeño gap electrónico, que puede ser modulado por un voltaje de puerta. Motivados por lo anterior por medio de cálculos de primeros principios donde se incluyen las interacciones de tipo van der Waals, nosotros reportamos el efecto combinado de un del campo eléctrico y la tensión sobre las propiedades electrónicas de en una bicapa de Grafeno con apilamientos tipo AA y AB. Agradecimientos al proyecto SEP-CONACyT A1-S-8842.