Estudio teórico de modos cero de Majorana en superconductores con brecha anisotrópica

La computación cuántica está emergiendo como el próximo avance revolucionario en el ámbito de la informática. Para materializarla, es fundamental manipular información mediante cúbits, y una forma prometedora de implementarlos es a través de los modos cero de Majorana, que son excitaciones autoconjugadas en sistemas topológicos de materia condensada. Se ha sugerido que estos modos cero pueden manifestarse en superconductores con brechas anisotrópicas o combinando superconductores de brecha isotrópica y anisotrópica [1]. Para encontrar modos cero de Majorana, analizamos el espectro energético de superconductores con brechas tipo $s$, $p$ y $d$, tanto en configuraciones finitas como periódicas, en función del potencial químico, el parámetro de interacción, la temperatura y el campo magnético, utilizando el formalismo de Bogoliubov-de Gennes y el Hamiltoniano de Hubbard. Además, estudiamos la robustez del sistema frente a estos parámetros para determinar las condiciones ideales para la aparición de modos cero de Majorana. [1] 2017 Rep. Prog. Phys.80 076501.

Study of the topological Hall effect on non-collinear antiferromagnetic $Mn_3Ga$ thin films

In recent years, intensive scientific research has been focused on the search for new methods of data storage with lower power consumption and faster read/write processes. Materials with spin topological textures such as skyrmions, domain walls, and spin chirality are emerging to elaborate the next generation of high-density magnetic memories. An indication of the topological properties of a material is its topological Hall resistivity. While the anomalous Hall effect is proportional to the magnetization of a ferromagnetic material, the topological Hall effect (THE) is the response to the topological spin texture. In the present work, the topological Hall response was measured in epitaxially grown hexagonal $D0_{19}-Mn_3Ga$ ($Mn_3Ga$) thin films made by magnetron sputtering. $Mn_3Ga$ is a non-collinear antiferromagnet with a triangular spin structure, whose magnetic moments show a slight tilt along the c-axis that generates a ferromagnetic component perpendicular to the basal plane (0001), contributing to the observation of THE in single-crystalline $Mn_3Ga$ films. By ensuring that the spin structure of the single-crystal films lies within the ab plane, it is possible to control the orientation of the Hall bars, used to measure Hall resistivity. Therefore, the electric current flow can be applied in different in-plane directions, keeping the applied magnetic field perpendicular to the film plane. As a result, a clear improvement of the topological Hall resistivity is observed when the current is applied in a 45° regarding the [1000] direction of the $Mn_3Ga$. The higher Hall resistivity (1.3 µΩ cm) at room temperature (300 K) observed in a 75 nm thin film is comparable to the previous results at temperatures below 10 K found in the literature.

Pares y stripes en una escalera de 6-patas

El mecanismo de conducción es la clave para comprender la superconductividad en los materiales. Los pares de cooper son los portadores de carga en la superconductividad, pero también se encuentran fases tipo stripe en los superconductores de tipo II [1,2] y podrían ser importantes para la superconductividad a altas temperaturas [3]. En este trabajo, presentamos un mecanismo de apareamiento en un material antiferromagnético cuasi unidimensional dentro del modelo extendido de Hubbard con interacción repulsiva electrón-electrón e interacciones de espín tipo Ising en diferentes niveles de ocupación de la banda. Este modelo puede mostrar que el transporte de carga es a través de pares de huecos o fases tipo stripe. Se discuten los efectos de la repulsión y la concentración de portadores en el mecanismo de conducción. [1] Emery VJ, Kivelson SA, Tranquada JM. Stripe phases in high-temperature superconductors. Proc Natl Acad Sci U S A. 1999 Aug 3;96(16):8814-7 [2] Zheng, Bo-Xiao, Chia-Min Chung, Philippe Corboz, Georg Ehlers, Ming-Pu Qin, Reinhard M. Noack, Hao Shi, Steven R. White, Shiwei Zhang, and Garnet Kin-Lic Chan. 2017. “Stripe Order in the Underdoped Region of the Two-dimensional Hubbard Model”. Science 358 (6367): 1155–60. [3] Park, S., Kim, S.Y., Kim, H.K. et al. Superconductivity emerging from a stripe charge order in IrTe2 nanoflakes. Nat Commun 12, 3157 (2021).

Bombeo de estados topológicos en redes bidimensionales con y sin simetría de traslación

El estudio de las fases electrónicas topológicas se ha convertido en un campo fértil de investigación en la física del estado sólido. Las fases electrónicas topológicas se distinguen de las fases triviales por la correspondencia bulto-frontera, que es la correspondencia entre la topología de los estados del bulto y los estados de borde que aparecen en la frontera. Los estados de borde pueden ajustarse modificando la frontera. En este trabajo estudiamos las transiciones adiabáticas entre fases topológicas y triviales mediante un parámetro cíclico del Hamiltoniano para los ejemplos de: redes bidimensionales con simetría de traslación y redes bidimensionales fractales (sin simetría de traslación). En ambos casos caracterizamos un bombeo de estado topológico debido a la transición cíclica entre fases topológica-trivial-topológica.

Bandas planas en dos teselaciones de Penrose acopladas

El descubrimiento en 2018 de superconductividad en dos capas de grafeno rotadas abre un nuevo panorama para estudiar heteroestructuras y estados correlacionados. Este fenómeno se atribuye a la aparición de bandas planas cerca del nivel de Fermi, en estas bandas, la energía de los electrones no depende del momento. Otro sistema donde se encuentran las bandas planas es la teselación de Penrose, el cual es el modelo más utilizado para describir la estructura de los cuasicristales. Los cuasicristales fueron descubiertos por Dan Shechtman en una aleación de Al-Mn de rápido enfriamiento. Al analizar la muestra obtenida mediante difracción por electrones retro dispersados, se encontró con un patrón discreto, pero con una simetría rotacional de orden 5, el cual es inconsistente con la cristalografía. En este trabajo, mediante el Hamiltoniano de amarre fuerte, modelamos dos teselaciones de Penrose acopladas, y formando patrones de Moiré. Analizamos la estructura electrónica obtenida mediante la densidad de estados y la función de onda, encontrando la aparición de bandas planas y localización electrónica respectivamente.

Aislantes topológicos elásticos : nuevos materiales ondulatorios

Los aislantes topológicos son sistemas cuánticos en estados, cuya principal característica es, que pueden conducir corrientes eléctricas solo en sus orillas. A diferencia de los típicos materiales aislantes, conductores y semiconductores, los cuales permiten o no la conducción de corrientes a través de todo su volumen. La teoría de bandas, de la física del estado sólido, explica estas propiedades de conductividad tradicional, mientras que la ingeniería de bandas es una herramienta que permite identificar las transiciones de fase topológicas que surgen en ciertos materiales, como función de un parámetro geométrico característico. Dichas transiciones dan origen a la conductividad mediante estados de borde. Inspirados en este mecanismos novedoso de conductividad eléctrica, en esta investigación presentamos algunas estructuras con propiedades de aislantes topológicos para la conducción ondas elásticas (vibraciones), las cuales fueron diseñadas numéricamente como un análogo de los aislantes topológicos para corrientes eléctricas. En ambos casos, estas propiedades de conductividad eléctrica o mecánica, se deben estrictamente a la estructura geométrica de estos nuevos materiales. Esta nueva tecnología tiene variadas y potenciales aplicaciones.

Efectos del desorden en las propiedades de transporte y magnetorresistencia en una unión de fosforeno ferromagnético/normal/ferromagnético con una brecha modulada

El transporte electrónico balístico y la magnetorresistencia túnel (MRT) en una brecha modulada de una unión de fosforeno Ferromagnético/Normal/Ferromagnético (F/N/F) han sido investigados. Este trabajo se centra en los efectos del desorden estructural en el ancho y la altura del potencial electrostático de la barrera y el campo magnético. Se empleó un Hamiltoniano de dos bandas de baja energía derivado del modelo de amarre fuerte en la dirección Armchair del fosforeno. La transmisión, conductancia y magnetorresistencia se calculan mediante la técnica de la matriz de transferencia, el formalismo de Landauer-Büttiker y la relación MRT, respectivamente. Se ha encontrado que el desorden estructural correspondiente al ancho de la barrera degrada la conductancia en menor medida. Por el contrario, el desorden asociado con el campo magnético degrada drásticamente la MRT. Un hallazgo significativo de este estudio es que una unión de fosforeno F/N/F sin brecha es más resiliente a las fluctuaciones del desorden en comparación con una unión con brecha. Además, lograr propiedades mejoradas de transporte y magnetorresistencia túnel requiere reducir la brecha de banda de la unión de fosforeno F/N/F y mejorar el control sobre el campo magnético.

Fragmentación de las propiedades de transporte en superredes monómeras, dímeras y trímeras de siliceno

De manera semiclásica, cuando analizamos una cadena lineal de átomos, en número de bandas que aparecen están relacionadas con el número de átomos diferentes que conforman la celda unitaria. En este caso, se generan debido a los modos vibracionales entre los átomos. En estado sólido, una superred se genera mediante la repetición de una celda unitaria, la cual, por lo general depende del número de materiales involucrados, parámetros estructurales y factores externos como campos eléctricos y magnéticos. En nuestro caso, la celda unitaria se genera mediante un arreglo de semillas A y B, donde A esta constituida por una tira de un metal ferromagnético (FM) y un metal normal (NM). La semilla B esta formada por un aislante ferromagnético (FI) y un metal normal (NM). Definimos una celda unitaria monómera, dímera y trímera como arreglos AB, ABB y ABBB, respectivamente, para generar nuestras superredes. Los materiales ferromagnéticos forman barreras mientras que los metales normales generan regiones de pozos. Jugando con los parámetros estructurales como el ancho barreras y pozos, la altura de las barreras y la dirección de magnetización de las tiras de aislantes ferromagnéticos observamos una fragmentación en la probabilidad de transmisión, conductancia y la respuesta magnetorresistiva dentro del mismo rango energético, relacionado con el número de semillas B en la celda unitaria. Además, se observó una mejora en la polarización de valles y espín así como un comportamiento creciente en la respuesta magnetirresistiva, lo cual nos indica que nuestro sistema puede ser apto para dispositivos versátiles.

Estudio de Sistemas Basados en Bicapa de Grafeno Mediante la Matriz de Dispersión: Un Enfoque Numéricamente Estable

El método de la matriz de transferencia es ampliamente utilizado para calcular las propiedades de transmisión en la propagación de ondas a través de sistemas multibarreras. Sin embargo, en sistemas periódicos basados en bicapa de grafeno, este método presenta inestabilidades numéricas conocidas como el problema $\Omega$d, que surgen cuando el ancho de las barreras es muy pequeño o muy grande. En este trabajo, se presenta el método de la matriz de dispersión como una alternativa numéricamente estable para el cálculo de la transmitancia en sistemas periódicos basados en bicapa de grafeno.

Transporte balístico y efecto termoeléctrico en superredes aperiódicas tipo Fibonacci en fosforeno

En años recientes, los materiales bidimensionales (2D) han sido ampliamente investigados debido a sus extraordinarias propiedades físicas y electrónicas, las cuales se pueden aprovechar para aplicaciones en nano-espintrónica. El material conocido como fosforeno tiene gran similitud al grafeno, pero con otras características, tales como una estructura de bandas anisotrópica y un amplio gap de energía (1.52 eV), los cuales son consecuencia de su estructura atómica asimétrica corrugada (puckered). En este trabajo, se investiga el transporte balístico de los portadores de carga (electrones y huecos) en superredes de barreras electrostáticas en secuencias aperiódicas tipo Fibonacci aplicadas sobre una capa de fosforeno. En este sistema, se calcula la transmisión y la conductancia bajo el formalismo de Landauer-Büttiker. Adicionalmente, se investiga el efecto termoeléctrico en la capa de fosforeno, cuando se conectan sus extremos a reservorios de temperatura (caliente y frio) para generar un gradiente térmico. Bajo estas condiciones, se calcula el coeficiente de Seebeck y el factor de potencia del sistema. Los resultados muestran la posibilidad de modulación y la mejora de las propiedades del transporte y termoeléctricas cuando se cambian las dimensiones de las barreras, así como el número de generación de las secuencias aperiódicas en comparación con el caso periódico. Agradecimientos: A CONAHCYT por el apoyo y financiamiento de la estancia de investigación posdoctoral.

Modulación térmica en transferencia de materiales 2D

Entre los materiales bidimensionales (2D), los dicalcogenuros de metales de transición (TMDs) resaltan por tener propiedades semiconductoras, lo cual los hace adeptos a aplicaciones en campos como la optoelectrónica, fotocatálisis y fotovoltaicos. Las técnicas para aislar o sintetizar los TMDs 2D han sido ya ampliamente estudiadas, siendo el método “chemical vapor deposition” (CVD) uno de los predilectos por su balance entre los requerimientos prácticos (costo, tiempo, facilidad), la reproducibilidad de los resultados y la calidad del material que se puede sintetizar. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones requieren que los materiales recién sintetizados sean transferidos a otras superficies para su aplicación. Las técnicas de transferencia de materiales 2D suelen tener ciertas desventajas en términos de costo, alcance y tasa de éxito. En el presente trabajo, se describirá la implementación de un método de transferencia asistida por entropía térmica para materiales bidimensionales sintetizados por CVD y se discutirán un poco de la teoría involucrada. Se plantearán las ventajas que este método aporta, así como sus limitaciones y área de oportunidad en diversas aplicaciones. Se darán los detalles del procedimiento y también se discutirá un poco acerca de las técnicas de caracterización que se utilizaron para probar las hipótesis del protocolo de transferencia. Discutiendo los fenómenos que asisten a la transferencia y de acuerdo con los resultados de la caracterización, se puede asegurar que el método propuesto tiene la capacidad de reubicar materiales bidimensionales con una alta tasa de éxito, limpieza y un bajo costo general, evitando al mismo tiempo algunas de las desventajas de los protocolos que se encuentran en la literatura. Además, se propone que el presente trabajo abra el camino para emplear un nuevo conjunto de polímeros como capas de transporte u otras sustancias que cumplan con los requisitos discutidos.

Estudio del efecto de Li en las propiedades electrónicas del carburo de germanio aplicado a baterías de iones de litio

Los materiales en una escala nanométrica bidimensional, también conocidos como monocapas, análogos al grafeno, han suscitado gran interés en la comunidad científica debido a sus notables ventajas en términos de peso, control estructural y flexibilidad. Su confinamiento bidimensional conduce a nuevas propiedades electrónicas. Estas propiedades tienen un impacto significativo en diversas tecnologías, siendo una de las más destacadas en almacenamiento de energía y sensores [1,2]. Actualmente las baterías de iones de litio desempeñan un papel crucial en nuestra sociedad. Se ha propuesto que la integración de nanomateriales bidimensionales en las baterías podría aumentar tanto la capacidad de almacenamiento de energía como la densidad de potencia, requisitos indispensables para abordar los desafíos energéticos futuros. En este estudio, se llevó a cabo un análisis de las propiedades electrónicas de bicapas de carburo de germanio (GeC-BL) funcionalizadas con átomos de litio, utilizando cálculos de primeros principios basados en la Teoría Funcional de la Densidad (DFT) mediante el software SIESTA, empleando un funcional GGA-PBE. Se observó que la introducción de átomos de litio en las GeC-BL provoca modificaciones significativas en la estructura de las bandas electrónicas y las densidades de estados, particularmente, a medida que aumenta la concentración de litio, la brecha prohibida disminuye. Se modeló la adsorción de 1 a 6 átomos de Li, situados en los sitios óptimos desde el punto de vista energético, evaluados en las monocapas de GeC. Las estructuras resultantes de GeC-BL litiadas exhiben propiedades únicas que difieren de las monocapas de GeC litiadas. Por ejemplo, en casos donde se incorporan de 4 a 6 átomos de litio, la brecha prohibida desparece, lo que sugiere un comportamiento conductor del material, que favorece el movimiento de electrones, que lo hace prometedor para aplicaciones en baterías recargables.

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Matrix elements and excitonic effects in the direct gap absorption of semiconductors

Most common semiconductors have a p-bonding valence band and an s-antibonding conduction band. This band structure leads to strong interband transitions at the direct band gap, which can be observed using spectroscopic ellipsometry. The magnitude of this absorption can be predicted from the optical dipole matrix element, which is well known from k.p theory and the effective conduction and valence band masses (cyclotron resonance experiments). Due to the Coulomb interaction between the photogenerated electron and hole, excitonic effects must be considered. This theory works very well for the direct absorption of germanium. At high temperatures and for small gap semiconductors like InSb, one must consider the conduction band nonparabolicity, the k-dependence of the optical dipole matrix element, the temperature dependence of the effective masses, the thermal occupation of the electron and valence bands (Pauli blocking), and the screening of the excitonic (Sommerfeld) enhancement by thermally excited electron-hole pairs. The calculations to explain our experimental data for the temperature-dependent dielectric function of InSb are not yet complete, but I will show results for the conduction band nonparabolicity and the chemical potential and free carrier concentration of intrinsic InSb as a function of temperature. In inverted (gapless) semiconductors like alpha-tin, we can also observe strong intervalence band transitions in the infrared optical constants. These transitions are governed by the same principles as for InSb. This research was supported in part by the Air Force Research Laboratory Sensors Directorate, through the Air Force Office of Scientific Research Summer Faculty Fellowship Program, Contract Numbers FA8750-15-3-6003, FA9550-15-0001 and FA9550-20-F-0005. It was also supported by the Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) under Award No. FA9550-20-1-0135 and by the National Science Foundation under Award No. DMR-2235447.

Estudio de las propiedades optoelectrónicas de bicapas de GaN bidimensional con campo electrico y diferentes apilamientos

El nitruro de galio bidimensional ha capturado recientemente una atención considerable debido a sus prometedoras propiedades optoelectrónicas, estabilidad química y resistencia mecánica. Estas características los posicionan como sistemas ideales para una variedad de posibles aplicaciones tecnológicas, especialmente en optoelectrónica, fotónica, sensores e iluminación. Este trabajo se basa en cálculos de primeros principios utilizando la teoría del funcional de densidad, con funcionales de intercambio-correlación que incluyen interacciones tipo van der Waals, para investigar las propiedades electrónicas de una monocapa de GaN y cinco configuraciones diferentes de apilamiento de bicapas de GaN (AA-1, AA-2, AB-1, AB-2, y AB-3). El objetivo principal de esta investigación es caracterizar las propiedades eléctricas de los materiales basados en GaN 2D y evaluar cómo los campos eléctricos externos pueden influir en sus propiedades eléctricas. La habilidad para modular estas propiedades mediante el ajuste de la configuración geométrica o la aplicación de un campo eléctrico externo abre perspectivas para desarrollar nuevas aplicaciones tecnológicas. Además, estos materiales demuestran un potencial considerable para su uso en dispositivos de alta energía, como en tecnologías de energía renovable y sistemas de potencia avanzados, donde su sobresaliente estabilidad y resistencia mecánica son esenciales para la mejora de la eficiencia y la durabilidad de estos sistemas.

Estructura, propiedades ópticas y dieléctricas de las cerámicas de alta entropía (Ba$_{0.2}$Pb$_{0.2}$Sr$_{0.2}$RE$_{0.2}$K$_{0.2}$)TiO$_{3}$ con RE= La, Nd, Sm, Gd, Dy, Ho, Lu e Y

Aumentar la entropía de configuración (ΔS$_{config}$) es un enfoque novedoso para diseñar materiales cerámicos funcionales. Para lograr esto, se añaden cationes diferentes en proporciones equimolares en sitios específicos de la red cristalina con el propósito de minimizar la energía libre de Gibbs (ΔG) y producir una fase simple. En las cerámicas de alta entropía (HECs), esta aproximación se utiliza para explorar si las propiedades funcionales de los materiales tradicionales se potencializan, decrecen o se extinguen. Este trabajo se diseñan diferentes compuestos entrópicos con estructura tipo perovskita basadas en el ferroeléctrico tradicional BaTiO$_{3}$, modificando el sitio A con cationes altamente polarizables (Pb, K), Sr y varias tierras raras. Así, los sistemas (Ba$_{0.2}$Pb$_{0.2}$Sr$_{0.2}$RE$_{0.2}$K$_{0.2}$)TiO$_{3}$ con RE = La$^{3+}$, Nd$^{3+}$, Sm$^{3+}$, Gd$^{3+}$, Dy$^{3+}$, Ho$^{3+}$, Lu$^{3+}$ y el metal de transición Y$^{3+}$, fueron sintetizados por reacción en estado sólido. Los patrones de difracción de rayos-x y el mapeo EDS (SEM) mostraron una fase simple estable y distribución homogénea de cationes en los compuestos con La, Nd y Sm. La brecha de energía óptica se evalúa mediante análisis UV-vis. Las propiedades dieléctricas y ferroeléctricas se discuten en términos de materiales de tipo relaxores ergódicos. $\\$Agradecimientos C. Herbert agradece al CONAHCyT por la beca otorgada. A. Durán, agradece el proyecto No. IN-103623 (PAPIIT-DGAPA). Un agradecimiento especial a la UABC por el apoyo de DRX. Se agradece la asistencia técnica de P. Casillas, I. Gradilla, E. Aparicio.

Efecto del estado de transferencia de carga O$^{2-}$/Ti$^{4+}$ → O$^{-}$/Ti$^{3+}$ en la respuesta luminiscente del Pr$^{3+}$ en titanatos

Durante más de cuarenta años la inhibición de la emisión asociada a la transición $^3$P$_0$ → $^3$H$_4$ en favor de la correspondiente a la transición $^1$D$_2$ → $^3$H$_4$ en titanatos dopados con Pr$^{3+}$ ha sido explicada a través de un mecanismo que involucra un estado de transferencia de carga metal-metal (TCMM) y, que en la literatura se designa de manera profusa como estado IVCT Pr$^{3+}$/Ti$^{4+}$ → Pr$^{4+}$/Ti$^{3+}$. En este trabajo se presenta evidencia experimental que permite prescindir de este mecanismo y que apoya resultados teóricos [Z. Barandiarán et al. J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 3095] que explican, en forma alternativa, que la inhibición es mediada por un estado de transferencia de carga ligante metal (TCLM) O$^{2-}$/Ti$^{4+}$ → O$^{-}$/Ti$^{3+}$. La comparación entre espectros de fotoluminiscencia de Yb$^{3+}$ y Pr$^{3+}$ incorporados en una serie de soluciones sólidas SrTi$_{1-x}$Zr$_x$O$_3$, interpretados en el marco de modelos fenomenológicos que permiten construir diagramas de energía de ligadura referidos al vacío, señalan que la emisión de ambos iones lantanoides es excitada a través del mismo estado del anfitrión: el estado de TCLM O$^{2-}$/Ti$^{4+}$ → O$^{-}$/Ti$^{3+}$. Adicionalmente, espectros de fotoluminiscencia y curvas de decaimiento medidos en SrTiO$_3$ dopado con Pr como función de la temperatura, sugieren que, el responsable de la inhibición de la emisión asociada a la transición $^3$P$_0$ → $^3$H$_4$, es un mecanismo activado térmicamente.

Estados de agregación y precipitación de la impureza en una solución sólida de KI y RbI impurificada con el ion Eu$^{2+}$

Se presenta la espectrofotometría óptica de absorción y fluorescencia de una solución sólida de KI $(0.51±\,_{0.11}^{0.07})$ y RbI $(0.49±\,_{0.11}^{0.07})$, impurificada con el ion Eu$^{2+}(2000\,ppm)$ y sometida a diferentes tratamientos térmicos. Esta solución se caracterizó por difracción de rayos X de polvos y de placa. Las muestras fueron inicialmente templadas a 773K, seguidas de un envejecimiento a 573K durante diferentes períodos de tiempo, hasta un máximo de 1500 horas. Para la muestra recién crecida: el espectro de absorción consiste de dos bandas amplias con máximos en 260 y 336 nm con desdoblamiento de campo cristalino $10Dq$ igual a $8700 ± 527\,cm^{-1}$, y el espectro de fluorescencia, excitando con 355 nm, exhibe una banda asimétrica con máximo en 428 nm y un hombro en 408 nm. Después de templar: los máximos de absorción se desplazan a 263 y 333 nm, con $10Dq$ igual a $7993 ± 519\,cm^{-1}$, y la banda de emisión es casi simétrica centrada en 428 nm. Durante el envejecimiento térmico: los espectros se estabilizan cerca de las 650 horas de envejecimiento. Entonces, los máximos están en 281 y 325 nm, con $10Dq$ igual a $4818 ± 316\,cm^{-1}$, y la emisión posee un perfil estructurado, que se deconvoluciona en cuatro contribuciones tipo Gauss centradas en 405, 428, 454 y 490 nm. Tras comparar estos valores con aquellos correspondientes a los estados de agregación y precipitación del ion Eu$^{2+}$dentro de las sales madre, KI y RbI, se determinó que estas bandas corresponden a precipitados con estructura tipo EuI$_2$, precipitados de dipolos y sus primeros agregados, y, dos diferentes precipitados metaestables con estructura similar a la del EuI$_2$, respectivamente. La evolución, durante el añejamiento, de la intensidad de cada uno de los componentes de emisión bajo investigación se representa en un gráfico, y a partir de éste, se plantea una hipótesis sobre la correspondiente cinética de agregación y precipitación del ion Eu$^{2+}$ en la solución sólida.

Estudio por microscopía de epifluorescencia del surgimiento de un grano cristalino, el cual evitó la formación de un nodo cuádruple de uniones tripes de fronteras de grano en RbI:Eu$^{2+}$

Se estudió la configuración tridimensional de un arreglo de defectos cristalinos en RbI:Eu$^{2+}$ (0.2%) utilizando microscopía óptica de epifluorescencia con el ion dopante como fluorocromo. Primero, utilizando el método de difracción de rayos X de placa, se caracterizó tanto la estructura del cristal como también el alcance del orden traslacional de su red; encontrándose que el cristal es RbI y que el orden traslacional de su red cristalina es de largo alcance. Se buscó la respuesta óptica del cristal, mediante el uso de espectrofotómetros de absorción y de fluorescencia, para saber en qué rango debe operar el microscopio de epifluorescencia. Utilizando los distintos aumentos, se observó la estructura del cristal y con la magnificación 100x, se tomaron imágenes de los distintos planos focales dentro del cristal. Usando los softwares Corel Draw y Maya Autodesk se realizó una vectorización manual y una reconstrucción tridimensional, respectivamente, de una singularidad encontrada dentro del cristal. Conforme el plano focal se desplaza del fondo del cristal hacia arriba, cuatro granos se encuentran divididos por dos uniones triples de fronteras de grano; después, antes de que estas uniones triples se juntaran en un nodo cuádruple, tres de las fronteras de grano comienzan a dividirse en dos fronteras cada una, creándose así tres uniones triples nuevas, con la consecuente desaparición de una unión triple; después, en la unión triple original restante, una de las fronteras de grano comienza a dividirse. Las fronteras de grano resultantes de estas subdivisiones, cuatro en total, definen el nacimiento de un quinto grano, el cual evita la formación de un nodo cuádruple. Este grano va creciendo y se fragmenta en dos, dando lugar a dos uniones triples y tres nuevas fronteras de grano. Resultó que el arreglo de defectos cristalinos bajo estudio consta de seis granos cristalinos, seis uniones triples y once fronteras de grano.

Mejora de perovskita FAPbI3 con Heteroestructuras de Monocapas de WS$_2$

La perovskita FAPbI3 en su fase alfa se utiliza como elemento fotoactivo en celdas fotovoltaicas de última generación1, ensamblada en heteroestructuras con diversas capas. En este trabajo, mostramos que al utilizar una monocapa de WS2 como parte de la heteroestructura para depositar la perovskita, se logra una mejora en las propiedades morfológicas, cristalográficas y ópticas de la FAPbI3. Específicamente, el material bidimensional (2D) WS2, originalmente crecido por métodos químicos sobre zafiro, es transferido utilizando poliestireno sobre un óxido metálico transparente, que actúa como capa transportadora de electrones. La película delgada de FAPbI3 se deposita por un método secuencial2 sobre el material 2D, y las propiedades de la heteroestructura se caracterizan mediante espectroscopía UV-Vis, microscopía de fuerza atómica, difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido. Como resultado, se obtiene mayoritariamente perovskita en fase fotoactiva alfa, con un incremento significativo en el tamaño de grano, un aumento de la cristalinidad y la definición de una dirección preferencial de crecimiento. Ópticamente, se observa una mejora en la absorción y una banda prohibida de aproximadamente 1.44 eV. Además, la función de trabajo obtenida sugiere un alineamiento de bandas energéticas que podría mejorar el flujo de electrones hacia el cátodo en la celda completa. Los hallazgos presentados indican que la heteroestructura WS2/FAPbI3 tiene un acoplamiento prometedor para aplicaciones fotovoltaicas3. Jeon, N. J., Noh, J. H., Yang, W. S., Kim, Y. C., Ryu, S., Seo, J., & Seok, S. I. (2015). “Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells”. Nature, 517(7535), 476-480. J.L. Miró-Zárate, M.C. Elías-Espinosa, F. Cervantes-Sodi, and C.J. Diliegros-Godines, “Effects of NH4SCN Additive in the FAPbI3 Perovskite Films in a Sequential Deposition Method”, Crystals 13(5), 795 (2023). Miró-Zárate, J. L., Cervantes-Sodi, F., Elias-Espinosa, M. C., García-Trujillo, S., & Diliegros-Godines, C. J. (2024). “WS2 Monolayer Integration in a FAPbI3-based Heterostructure”. arXiv preprint arXiv:2404.03802.

Modeling Many-body Effects in Ge Using Pump-Probe Femtosecond Ellipsometry

This study investigates the transient dielectric function of germanium at very high electron-hole pair densities using time-resolved spectroscopic ellipsometry. By employing a pump-probe technique, we explore the evolution of the critical points E1 and E1+Δ1 near the L-valley as a function of delay time. We primarily focus on phase-filling singularities and many-body effects in different undoped germanium samples. Our aim is to model the behavior of the material under different carrier concentrations, analyze the impact these processes have on the material's optical properties, occurring at the temporal resolution on the order of femtoseconds. The analysis includes modeling the dielectric function of germanium as carrier densities evolve throughout time. It addresses additional effects during electron excitation and relaxation, such as excitonic screening and acoustic phonon oscillations from energy transfer to the lattice. Experiments are conducted on bulk germanium samples oriented along various crystallographic planes. By pumping the sample with a high-power laser with 800 nm wavelength, carrier densities on the order of 1020 cm-3 were achieved. Delay times range from -10 ps to 1 ns with a 500 fs resolution. Our findings aim to enhance the understanding of germanium's optical behavior under intense laser excitation, providing insights into rapid charge carrier dynamics and their influence on the material's electronic structure.

Investigation of Silver-Doped BaTiO$_3$ Nanoparticles: An Experimental-Theoretical Study

Perovskite oxides, celebrated for their remarkably diverse functionalities, have emerged as a cornerstone material class in advanced material research. Among these, BaTiO$_3$ stands out as a paradigm ferroelectric material, exhibiting exceptional electrical and optical properties. However, achieving precise control over its functionalities for targeted applications remains a significant challenge. $\\$ This study investigates the impact of silver doping on the photocatalytic properties of BaTiO$_3$ nanoparticles. Silver-doped BaTiO$_3$ nanoparticles have the potential to become efficient photocatalysts for environmental remediation, particularly in the degradation of organic pollutants. $\\$ Synthesized silver-doped BaTiO$_3$ nanoparticles will be characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Complementing the experimental approach, theoretical calculations will analyze band structure and density of states, elucidating the modifications induced by silver doping.

Estudio de Perovskitas híbridas a base de formamidinio, el efecto del dopaje

Las perovskitas híbridas con potencial aplicación en celdas solares de cuarta generación, han permitido lograr eficiencias mayores a 23 %. Estos compuestos, de fórmula general ABX3, donde usualmente A=metilamonio, B = Pb, y X = I presentan alta inestabilidad química en condiciones de operación normales. El presente estudio muestra algunas alternativas de dopaje del catión orgánico, así como parcialmente del halógeno y el Plomo, en el compuesto CH3NH3PbI3 (MAPI) con lo cual se ha logrado obtener compuestos más estables. Se obtuvieron películas delgadas de diversas perovskitas híbridas, basadas en formamidinio, mediante depósito en un solo paso sobre sustratos de vidrio atacado químicamente. Las películas delgadas fueron caracterizadas mediante difracción de rayos X (DRX), Microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectrometría UV-Vis. El ancho de banda prohibida calculado para los compuestos obtenidos ronda el valor de 1.5 eV, el cual se obtuvo para el compuesto base sin dopaje. La estabilidad química se mejoró notablemente como lo muestra el monitoreo realizado durante varias semanas, mediante DRX y MEB.

Diagrama de fases pseudo-ternario YbFeO3-YbCrO3-YbMnO3: construcción y estudio de las propiedades dieléctricas de soluciones solidas ternarias en su fase ortorrómbica

En este trabajo construimos un diagrama de fases pseudoternario de YbFeO3-YbCrO3-YbMnO3 que ilustra las diferentes regiones donde coexisten las fases ortorrómbica, hexagonal, y la mezcla de ellas, a temperatura ambiente. Se sintetizaron 33 compuestos con diferentes relaciones molares de Yb:Fe:Cr:Mn, utilizando reacción al estado sólido y caracterizándolas por difracción de rayos X. Se encontró poca miscibilidad de la fase hexagonal pura, la cual se localiza en una pequeña zona de la región binaria YbMnO3-YbFeO3. La máxima miscibilidad de Mn en la fase ortorrómbica se encuentra en los compuestos cerámicos intermedios YbFe50Cr25Mn25O3, YbFe375Cr375Mn25O3 e YbFe25Cr50Mn25O3. Más allá de esta concentración de Mn, el sistema YbFeO3 - YbCrO3 - YbMnO3 se descompone en una mezcla de fases hexagonal y ortorrómbica. Una vez establecidas las diferentes fases, se investigó la estructura cristalina, la microestructura, las propiedades ópticas y dieléctricas en siete composiciones seleccionadas en la zona ortorrómbica. Se observa que la miscibilidad total Fe – Cr modula el volumen de la celda. Imágenes de SEM revelan una disminución de tamaño de grano a medida que aumenta la concentración de Cr y Mn. Las medidas dieléctricas en función de la temperatura muestran un aumento de la conductividad eléctrica para los compuestos cerámicos intermedios; lo cual concuerda con la banda prohibida óptica (Eg), la cual disminuye para estos compuestos. Según el estudio dieléctrico, encontramos que la disminución en Eg se asocia principalmente con polarones (~0.20 – 0.25 eV) a bajas temperaturas y vacancias de oxígeno (0.55 -0.61 eV) a altas temperaturas.

Piezoelectricidad del compuesto laminar La2Ti2O7 y la solución sólida La2-xEuxTi2O7

El compuesto La2Ti2O7 (LTO) pertenece a la familia de perovskitas laminares de fórmula química general AnBnX3n+2, donde n es el número de capas de perovskita ideal. El LTO es un material ferroeléctrico a temperatura ambiente, con estructura monoclínica descrita por el grupo espacial P21 y en el que la polarización espontánea, Ps, es paralela a la dirección 001]. En este trabajo presentamos los resultados del estudio comparativo del LTO y la solución sólida La2-xEuxTi2O7, x = 0.06 y 0.1 (LETO). Mediante difracción de rayos X en polvos se determinó que la solución sólida LETO es isoestructural con LTO. Utilizando microscopia de fuerza de respuesta piezoeléctrica se determinó el coeficiente piezoeléctrico promedio d33 , siendo mayor para la solución sólida.

Cavidades acopladas en cristales magnónicos: Oscilaciones de Rabi

El estudio de la dinámica de la magnetización de núcleos con espín 1/2 que interactúan con un campo magnético giratorio fue investigado y resuelto originalmente por I. Rabi [1]. En cualquier sistema electromagnético o acústico con dos estados de energía acoplados, el campo correspondiente oscila periódicamente entre los dos estados localizados dentro de la estructura. De la misma manera que ocurre en un sistema de mecánica cuántica de dos niveles, estas oscilaciones se denominan oscilaciones de Rabi (OR). Las OR pueden considerarse como un proceso de oscilador acoplado donde los osciladores intercambian energía periódicamente. Los aspectos dinámicos de este fenómeno están relacionados con las características de los dos niveles [2]. Aquí, se presenta un estudio teórico del acoplamiento de ondas de espín en defectos fuertemente acoplados incorporados a un cristal magnónico. Proponemos una analogía magnónica de las rotaciones de Rabi en un sistema cuasi-unidimensional basado en granate de hierro e itrio (YIG). A través de la transmisión en el dominio de la frecuencia se muestran las características propias de sistemas periódicos con defectos y se analiza su acoplamiento. Mientras que el análisis en el dominio del tiempo a través de la excitación del sistema de cavidades acopladas con un par de pulsos gaussianos desplazados temporalmente nos proporciona información directa del cambio de signo del campo transmitido después de transcurrido un período completo de una oscilación tipo Rabi. El comportamiento observado es la analogía magnónica del fenómeno observado inicialmente en sistemas cuánticos. Nuestros resultados numéricos, junto con el modelo propuesto, proporcionan un método- mediante el cual se puede estudiar en detalle la evolución coherente de diversas excitaciones de ondas de espín. [1] I.I. Rabi, Phys. Rev. 51 (1937) 652. [2] D. Villegas, Z. Lazcano, O. Meza, J. Arriaga, Physica E 127 (2021) 114499.

Mecanismo de sustitución de defectos puntuales en monocristales de LiNbO3 dopado con indio

En este trabajo se estudia el mecanismo de sustitución de defectos puntuales por iones de In en monocristales de niobato de litio dopados con In, a partir de análisis UV-Visible y Micro-Raman. Se encontró que los iones In reemplazan primero a los iones de Nb en los sitios de Li y luego a los iones de Li. Sin embargo, si la concentración de dopaje se acerca a un valor crítico (0,65% molar en el cristal), la concentración de Li alcanza un máximo y las vacantes de Li y los antisitos de niobio permanecen prácticamente constantes. En este punto crítico de concentración de dopaje, el cristal detiene la introducción de indio en su estructura. No obstante, después de este valor crítico, a medida que aumenta la concentración de dopaje, el In reemplaza al Li pero también a las vacancias de Li y a los antisitos de niobio. El antisitio de niobio no es el defecto puntual más estable ya que su densidad es entre cinco y catorce veces menor que la de las vacancias de Li a que a medida que aumenta el dopaje con In. En conclusión, el dopaje con In induce importantes cambios estructurales en los cristales de niobato de litio.

Propiedades Magnéticas para el sistema Sr2-xCexFe1+x/2Mo1-x/2O6

El compuesto ferromagnético medio metálico Sr2FeMoO6 se considera un material fundamental para comprender las propiedades espintronicas en las dobles perovskitas. En este trabajo se presentan los resultados preliminares de la síntesis y caracterización estructural y magnética del compuesto Sr2-xCexFe1+x/2Mo1-x/2O6. El material fue sintetizado por reacción en estado sólido para las composiciones de x= 0 a x=0.5, con incrementos de 0.05. La estructura cristalina tetragonal se confirmó mediante el análisis de difracción de rayos X para todas las concentraciones, determinando una disminución de tamaño en la celda unitaria. Mediante microscopía electrónica de barrido se confirmó la morfología granular y percolada de las muestras. Las principales propiedades magnéticas que se obtuvieron fueron la temperatura de Curie y la magnetorresistencia.

Efectos de presión y dopaje en el acoplamiento electrón-fonón y superconductividad de Nb$_{1-x}$Mo$_x$B$_2$

Desde el descubrimiento de superconductividad (SC) en hidruros metálicos bajo grandes valores de presión aplicada, la investigación en la búsqueda de nuevos superconductores convencionales bajo presión se ha revitalizado. En años recientes se reportó el descubrimiento de SC en el $\alpha$-MoB$_2$ (fase hexagonal), con una temperatura crítica ($T_c$) de $\approx 32$K a $110$GPa de presión aplicada. Sin embargo, al poco tiempo también se publicaron resultados experimentales de $T_c$ para la solución sólida Nb$_{1-x}$Mo$_x$B$_2$, en donde se obtienen valores que apenas rebasan los $8$K, reduciendo al mismo tiempo el valor de presión aplicada a la cual el sistema permanece estable en la fase $\alpha$. Aún con estos resultados experimentales, la drástica reducción del valor de $T_c$, respecto al valor de MoB$_2$ ($32$K), no ha sido totalmente aclarada, así como tampoco las condiciones que la rigen. Por ello, en este trabajo se presenta un estudio sistemático, de primeros principios, de la dinámica de red, el acoplamiento electrón-fonón (e-ph) y la $T_c$ del Nb$_{1-x}$Mo$_x$B$_2$, para diferentes valores de concentración ($x$) y de presión aplicada, en donde se puede observar el comportamiento de los modos fonónicos acústicos, los cuales son determinantes en el acoplamiento e-ph y que dominan el comportamiento de $T_c$. Igualmente, se analizan las tendencias de $T_c$ y del acoplamiento e-ph en función de la presión y concentración, correlacionándolas con la evolución de las frecuencias de dichos modos fonónicos.

Acoplamiento electrón-fonón en monogermanidos

Se presenta un análisis de las propiedades del acoplamiento electrón-fonón en monogermanidos, específicamente de las soluciones sólidas Fe_{1-s}Co_{x}Ge y Mn_{1-x}Fe_{x}Ge (0 ≤ x ≤ 1) en la estructura no-centrosimétrica B20. Se discuten las propiedades estructurales, las características electrónicas y la dinámica de red de las diferentes fases magnéticas encontradas en las soluciones, así como su relación con el acoplamiento electrón-fonón. El interés particular en estos compuestos es explorar la influencia del orden magnético en el acoplamiento entre la dinámica de la red cristalina y los electrones itinerantes que interactúan en el sistema, esto modulado como función de la concentración de los metales de transición (Mn, Fe y Co). El estudio se realiza mediante cálculos de primeros principios, empleando la teoría del funcional de la densidad (DFT) y usando el método de pseudopotenciales con bases mezcladas (MBPP) en dos diferentes fases: no-magnética (NM) y ferromagnética (FM). Debido a la importancia de la adecuada descripción del momento magnético, también se examina y se contrasta el enfoque de escalamiento del espín (ssxc) en la energía de intercambio y correlación dentro de DFT, con el fin de determinar sus efectos en las propiedades de interés previamente mencionadas.

Homogenización de la respuesta óptica de metamateriales y cristales fotónicos

Presentamos un formalismo que permite obtener de manera eficiente la permitividad no local $\epsilon(\bm k,\omega)$ de sistemas periódicos artificiales formados por múltiples componentes, cada una de las cuales puede ser dispersiva, disipativa y anisotrópica o no. El formalismo está basado en un proceso recursivo que permite hallar una base del espacio de posibles campos electromagnéticos en la cual el operador de onda queda representado por una matriz tridiagonal. Esta metodología fue originalmente propuesta por Haydock para obtener funciones de Green proyectadas y densidades de estados electrónicas en sólidos. En presencia de disipación, el operador de onda no es hermitiano, pero en un espacio extendido de parejas de ondas de Bloch contrapropagantes el operador es simétrico, con suficientes propiedades algebraicas para permitirnos emplear el formalismo de Haydock. A partir de la dispersión espacial de la respuesta macroscópica podemos obtener la actividad óptica del sistema y propiedades magnéticas, además de obtener la relación de dispersión de sus modos fotónicos y el campo electromagnético microscópico. Presentaremos algunas aplicaciones del formalismo que permiten validarlo y algunas aplicaciones adicionales.

Propiedades ópticas de monocapas y bicapas de nanopartículas de plata en arreglos periodicos: Respuesta óptica de campo lejano y cercano bidimiensionales monocapa y bicapa de nanopartículas esféricas de Plata

El estudio de arreglos periódicos bidimensionales de nanopartículas (NPs) metálicas plasmónicas es de gran interés debido a sus aplicaciones en sensado, entro otras al comportamiento mejorado de la respuesta óptica. La respuesta plasmónica se logra ajustar a longitudes de onda deseables. Este mejoramiento se obtiene tras ajustar los parámetros de los arreglos a través de parámetros como; el tamaño y forma de las NPs, composición química, estructura de la red e índice de refraccion del medio circundante. En este trabajo se estudian las propiedades ópticas de arreglos periódicos de redes cuadradas de NPs esféricas de plata, formado en arreglos tipo monocapa y bicapa. Las simulaciones númericas se realizaron usando la aproximación de dipolo discreto (DDA por sus siglas en inglés). Se usó la función dieléctrica de los datos de Johnson y Christy Ag en bulto y se consideró el caso particular de capas incluidas en dioxido de silicio (el índice de refracción del medio m = 1.46). Se varió el tamaño de las NPs y el parámetro de la redm además para las bicapas tambien se varió la distancia de separación entre capa y capa. Se muestrasn los espectros de eficiencias ópticas de extincion, absorción y dispersión que permite identificar la posición de las resonancias plasmónicas así como el campo cercano calculado en las frecuencias de las resonancias. También se presentan los espectros de reflexión, transmisión y absorción.

Método semianalítico de elementos finitos aplicado para el cálculo de propiedades efectivas en compuestos fibrosos micropolares

Se implementa un método semianalítico de elementos finitos basado en la combinación del método de homogeneización asintótica a dos escalas (AHM) y el método de elementos finitos (FEM) para obtener las propiedades efectivas de los compuestos Cosserat reforzados con fibras. Las fibras se distribuyen periódicamente en una forma unidireccional y se alinean en una dirección dentro de una matriz. Este marco establece el problema micropolar elástico lineal estático a través de ecuaciones diferenciales parciales sujetas a condiciones de contorno y condiciones de contacto de interfaz perfectas. La formulación matemática de los problemas locales y de los coeficientes efectivos son presentados por AHM. Los problemas locales obtenidos de AHM se resuelven mediante la implementación de FEM a través el método de los residuos pesados y el método de Galerkin. Finalmente, se dan resultados numéricos para los coeficientes efectivos. Las fórmulas y resultados presentados en este trabajo pueden ser útiles para el diseño de materiales compuestos micropolares fibrosos.

Absorción perfecta de microondas

En esta charla se presenta un enfoque pasivo para lograr una absorción perfecta y sintonizable de la radiación de microondas, empleando física no hermitiana para manipular ondas electromagnéticas sin elementos conductores. Al utilizar placas dieléctricas comunes en configuraciones irregulares dentro de una guía de ondas rectangular, podemos absorber completamente la energía electromagnética, reteniéndola dentro del campo electromagnético en lugar de convertirla en calor. Este método contrasta con los metamateriales tradicionales que dependen de componentes conductores para absorber energía. Empleando el método de la Matriz de Transferencia y la Programación Cuadrática Secuencial para la optimización, nuestra investigación identifica ubicaciones no uniformes específicas de las placas de FR4 que maximizan la absorción dentro de las bandas de microondas específicas. La validación experimental, ejecutada en una guía de ondas WR90 estándar conectada a un Analizador Vectorial de Redes, confirma los resultados teóricos y de la simulación de elementos finitos, lo que subraya la eficacia de nuestra estrategia pasiva. Este trabajo avanza en nuestra comprensión de los sistemas no hermitianos sobre el control de ondas electromagnéticas y ofrece un potencial significativo para aplicaciones en la reducción de la contaminación electromagnética y la mejora de las comunicaciones seguras, todo ello en consonancia con los objetivos de preservación ecológica.

Ceramic sintering and properties characterization based on solid mechanics

Ceramic processing can be tedious and time-consuming. Several techniques have been developed to face these complex processing. One of the most popular techniques relies on different approaches for Design of Experiments and/or statistical process control. However, solid mechanics offers considerable potential to describe the polycrystal structure – properties relationship as well as the densification and deformation during sintering. In the present work, the estimation of effective properties for polycrystal is developed based on a homogenization technique applied to a representative volume element (RVE) with the help of Finite Element Method (FEM). Applying this model, the effect of the crystallographic texture on the ceramic properties can be estimated considering the interaction at grain boundaries, which provides a more realistic analysis of the material properties. As an example, it is shown a RVE build from Electro Backscattering Diffraction (EBSD) and the overall properties are connected with pole figure. As a second example, densification and deformation is described during sintering. Constitutive laws for this kind of problem have been a topic that has attracted the researcher attention for decades. These laws include the effect of densification as well as some structural parameters such as grain growth. FEM simulation allows to obtain maps to describe the density, stress, and deformation distribution to have a better characterization of macroscopic deformation during sintering. The viscous parameter that describes sintering can also be obtained from a sinter forging unit and considered for the simulation process. This could be a more direct way to characterize sintering for a constrained system, for example, a bilaminar layer where high stresses can be developed at the interphase. These examples show how helpful can be solid mechanics to characterize ceramics materials.

Influencia de un campo electrico aplicado sobre un cristal liquido para anclaje fuerte y debil

Utilizando las ecuaciones de Frank-Oseen para un cristal l ́ıquido nem ́atico se estudiaron los efectos de la aplicaci ́on de un campo el ́ectrico para los casos de anclaje fuerte y d ́ebil, es decir, variamos el par ́ametro que constri ̃ne la reori- entaci’on en un cristal l ́ıquido, dicho de otra manera se modifican las condiciones de frontera, y se determinan las configuraciones de equilibrio; el par ́ametro de anclaje est ́a relacionado con la energ ́ıa superficial de anclaje. Se encuentra que existen campos cr ́ıticos por abajo de los cuales no hay re-orientaci ́on de las moleculas que componen el cristal l ́ıquido.

Effect of uniform strain on graphene surface plasmon excitations

This paper reports a study of the reflectance of the optical sensors based on graphene under uniform strain. Assuming the graphene layer is surrounded by two different semi-infinite dielectric media, the generalized Fresnel coefficients are derived as a function of usual quantities (e.g., dielectric constants, incident angles and strain) and anisotropic optical conductivity. The strain not only changes the electronic band structure, but also can be employed to tune the electronic collective excitations (plasmons) and thus the optical reflectance of graphene monolayers. One of the most common techniques for plasmon excitation is the Kretschmann configuration. It is based on the observation of a sharp minimum in the reflection coefficient versus angle (or wavelength) curve. Because strain induces anisotropy in graphene optical conductivity the strain-dependent orientation plays an important role to manipulate the variation of graphene plasmon energy, which may be useful to synchronize graphene properties in plasmonic devices to enhance light-matter interactions.

Luminescent Semiconductor QDs for Biological Applications

Semiconductor quantum dots (QDs) are a new class of advanced nanomaterials, which provide them with extraordinary physical and chemical properties. QDs are an important tool to realize a great number of biomedical applications. Bioconjugation process involves the reaction of one functional group with another, resulting in the formation of a covalent bond. QDs needed to be conjugated with biological molecules without unsettling the biological function of these molecules. Biomolecules including peptides, proteins, oligonucleotides, and drugs have been successfully linked to QDs. The synthesis of semiconductor QDs is an important aspect of the research, due their water-solubility, simple chemical modification well dispersed and stabilized semiconductor QDs capped with dextrin. In this work cadmium sulfide semiconductor QDs capped with dextrin (CdS-Dextrin) and bioconjugated with Doxorubicin (Dox) were performed to target and imaging HeLa (cervix adenocarcinoma) cells with play a critical role in cervical cancer. CdS-Dextrin QDs bioconjugated with Dox were synthesized in aqueous solution and experimentally characterized by different optical techniques. The CdS-Dextrin QDs bioconjugated with Dox are in an average range of 5 nm in size. CdS-Dextrin QDs bioconjugated with Dox, exhibit advantageous physicochemical and optical properties disperse, stable and with a small size as compared with other nanomaterials, and besides of that has the potential to be used as an efficient nanotransporter for drug delivery because they readily allow release of the Dox at the desired site, nucleus. On the other hand, the intense fluorescence emission from the semiconductor quantum dots allows us how the CdS-Dextrin QDs bioconjugated with Dox are distributed into the cells and observed the morphological effects inside them.

Flat bands without twists: periodic holey graphene

Holey Graphene (HG) is a widely used graphene material for the synthesis of high-purity and highly crystalline materials. The electronic properties of a periodic distribution of lattice holes are explored here, demonstrating the emergence of flat bands. It is established that such flat bands arise as a consequence of an induced sublattice site imbalance, i.e., by having more sites in one of the graphene's bipartite sublattice than in the other. This is equivalent to the breaking of a path-exchange symmetry. By further breaking the inversion symmetry, gaps and a nonzero Berry curvature are induced, leading to topological bands. In particular, the folding of the Dirac cones from the hexagonal Brillouin zone (BZ) to the holey superlattice rectangular BZ of HG, with sizes proportional to an integer $n$ times the graphene's lattice parameter, leads to a periodicity in the gap formation such that $n \equiv 0$ (mod $3$). A low-energy hamiltonian for the three central bands is also obtained revealing that the system behaves as an effective $\alpha-\mathcal{T}_{3}$ graphene material. Therefore, a simple protocol is presented here that allows for obtaining flat bands at will. Such bands are known to increase electron-electron correlation effects. Therefore, the present work provides an alternative system that is much easier to build than twisted systems, allowing for the production of flat bands and potentially highly correlated quantum phases.

Solución analítica del Hamiltoniano linealizado del TQDS en el formalismo de teoría de perturbaciones

Presentamos una solución analítica para el Hamiltoniano linealizado del Transbordador de Triple Punto Cuántico (TQDS) desde el enfoque de teoría de perturbaciones. El TQDS es un sistema nanoelectromecánico propuesto en 2002 [1] que consiste en un arreglo lineal de tres puntos cuánticos (QD's) donde los QD's posicionados en los extremos del arreglo permanecen fijos mientras que el QD central oscila entre ellos y su movimiento es modelado por un oscilador armónico cuántico simple. Cuando un voltaje es aplicado a los QD's exteriores se induce transporte electrónico por tunelaje desde una fuente a un sumidero de forma controlada. El Hamiltoniano del sistema se construye a partir de 3 contribuciones energéticas importantes: una proveniente de la oscilación, otra correspondiente a la posición que toma el electrón dentro del dispositivo y una última que se refiere a la interacción entre los estados electrónicos y los modos de oscilación. En el esquema de teoría de perturbaciones [2], consideramos al Hamiltoniano de interacción como la perturbación y al resto de las contribuciones como el Hamiltoniano sin perturbar, en ese sentido, calculamos las energías corregidas a segundo orden y los eigenestados correspondientes, con la intención de que estos últimos nos permitan realizar un estudio de correlaciones cuánticas en el sistema. Los resultados analíticos obtenidos fueron comparados con la solución exacta (numérica) y una solución analítica previamente calculada en el régimen de la aproximación adiabática [3]. Agradecemos al proyecto DGAPA PAPIIT IN111120 por el apoyo económico otorgado. [1] A. D. Armour y A. MacKinnon (2002). Transport via a quantum shuttle. Physical Review B, 66: 035333. [2] J. J. Sakurai y Jim J. Napolitano (2017). Modern quantum mechanics. PEARSON. [3] P. Vázquez-Peralta y E. Cota (2023). Spectral analysis of the linearized triple-quantum-dot shuttle in the adiabatic regime. Annals of Physics, 458, 169458.

Optical and Structural Characterization of Cadmium Sulphide Selenide (CdSxSe1-x) prepared by the Laser Ablation Technique

Thin films of CdSxSe1-x were deposited on quartz using the laser ablation technique. Various physical properties, including crystal structure, phase identification, and bandgap, were characterized using X-ray diffraction and photoreflectance. The findings revealed that the films exhibited a combination of cubic and hexagonal structures, depending on the CdS and CdSe compositions. Interestingly, the forbidden bandgap exhibited a shift corresponding to the expected behavior based on the sulfur composition (x).

Propiedades termoeléctricas del compuesto Ca$_{3-x}$Yb$_x$Co$_4$O$_9$

Los materiales termoeléctricos representan una opción en la creación de sistemas para generar energía eléctrica limpia, aprovechando la energía térmica que se produce en algunos procesos, que en general no se aprovechan. El compuesto Ca$_3$Co$_4$O$_9$ presenta características termoeléctricas que resultan de interés para su posible aplicación en dispositivos para la generación de energía eléctrica. En este compuesto se ha reportado una figura de mérito ZT de aproximadamente 0.04, con un factor de potencia 0.5 $\mu$W(cm K$^2$)$^{-1}$ a 300 K. Estos valores no son los mas adecuados para una aplicación, se requieren mejorar. Una forma de mejorar las características termoeléctricas de un material es la substitución parcial de alguno de los elementos que forman el compuesto. En este trabajo se presenta y analiza el efecto que causa la substitución del Ca con Yb en el coeficiente Seebeck, en la resistividad eléctrica y en el factor de potencia. Las muestras policristalinas de Ca$_{3-x}$Yb$_x$Co$_4$O$_9$, con x=0, 0.03, 0.04 y 0.05, fueron preparadas por el método de reacción al estado sólido. La caracterización de las propiedades estudiadas se realizó desde temperatura ambiente hasta 80 K. Los resultados muestran que la resistividad se incrementa con el incremento de la temperatura y el contenido de Yb, mientras que, el coeficiente Seebeck se incrementa con la temperatura y disminuye con el contenido de Yb, con la excepción del caso x=0.04 que presenta un coeficiente Seebeck mayor al que presentan las otras muestras. En cuanto al factor de potencia como función de la temperatura, las curvas presentan un máximo alrededor de 150 K, pero su valor disminuye con el contenido de Yb. Sin embargo, la muestra con x=0.04 tiene el mayor factor de potencia con un valor máximo de 102 $\mu$W(m K$^2$)$^{-1}$.

Caracterización elástica de anillos vibrantes

La caracterización elástica de materiales, en laboratorio, permite determinar experimentalmente las propiedades elásticas de los mismos, a partir del valor de sus distintos módulos elásticos. Una técnica común es la espectroscopia acústica resonante, la cual mide los espectros de frecuencia elásticos, de una material para cada tipo de polarización. A partir de esto y con relaciones bien conocidas, se obtienen los distintos módulos elásticos ( Young, corte, coeficiente de Poisson, y velocidades de propagación de las ondas mecánicas, entre otros). En este trabajo se comparan los espectros de los distintos tipos de ondas mecánicas que hacen vibrar una barra de aluminio de longitud L (compresionales, flexionales y torsionales), con los de un anillo de perímetro L. Ambos sistemas estan conectados entre sí ya que uno es un tipo de transformación topológica del otro. Se trata de ver como se modifican las propiedades elásticas bajo esta transformación para el control de ondas mecánicas

Estudio ab initio de GaAs bidimensional con presencia de vacancias

El GaAs es un semiconductor de la familia III-V que se distingue por sus propiedades como alta movilidad electrónica, propiedad que le permite a los transistores trabajar a altas frecuencias. Además posee un band gap mayor que el Si, por lo que mantiene sus propiedades a temperaturas mayores. Sin embargo, al reducir la dimensionalidad en el GaAs, el comportamiento semiconductor cambia. En este trabajo se estudian las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas del GaAs bidimensional mediante Teoría del Funcional de Densidad tal como se encuentra implementada en el software Quantum Espresso. Se utilizó un funcional PBE para modelar las interacciones de correlación e intercambio. Para los cálculos de energía en el volumen se utilizó una celda unitaria convencional tipo wurzita. En el caso de GaAs bidimensional se consideró una supercelda 4x4x1. Una energía de corte de 40 Ry fue usada para la expansión de la función de onda. Se utilizó un mallado de Monkhorst-Pack 7x7x5 para los cálculos de la energía en volumen y de 7x7x5 para los cálculos de energía en el sistema bidimensional. Se realizó un cálculo de densidad de estados obteniendo un band gap en el volumen. Sin embargo, en el sistema bidimensional existen estados sobre el nivel de Fermi. También se realizaron cálculos de energía total del sistema con diferentes vacancias: vacancia de As y vacancias de Ga. La densidad parcial de estados del sistema con vacancias de Ga presenta un corrimiento pequeño de las energías en los espines up y down.

Estudios de estructura electrónica de puntos cuánticos oblatos multicapa de GaAs/AlGaAs con campos eléctricos y magnéticos

Los puntos cuánticos, cuyo descubrimiento se le atribuye a Alexey Ekimov quien en 1981 observo que el color de la emisión de luz de los vidrios de colores era determinado, a través de efectos cuánticos, por el tamaño de las partículas. En 1983 Louis Brus demostró que los efectos cuánticos, dependientes del tamaño, estaba presentes en partículas flotando libremente en fluidos. Finalmente, Moungi Bawendi logró producir puntos cuánticos casi perfectos en 1993. Lo cual les valió el premio Nobel de química de 2023. Además, el interés en los puntos cuánticos es por sus propiedades físicas fundamental y por las posibles aplicaciones en dispositivos. Entre las diversas heteroestructuras de puntos cuánticos posibles, nuestro enfoque está en los puntos cuánticos de semiconductores III-V, específicamente en los puntos cuánticos de múltiples capas GaAs/AlGaAs de forma oblata. En este estudio, por medio de la aproximación de masa efectiva, reportamos la estructura electrónica del sistema, explorando su comportamiento bajo campos eléctricos y magnéticos constantes. Encontramos que el efecto neto del campo eléctrico es confinar la densidad de probabilidad del estado base en el polo sur de punto cuántico oblato, y los demás estados se ajustan por ortogonalidad, mientras que el campo magnético tiende a confinar al electrón hacia el centro, desde el ecuador del punto.

Efectos de campos eléctricos y magnéticos en la estructura electrónica de puntos cuánticos multicapa esféricos de GaAs/AlGaAs

Los puntos cuánticos, que les valió el premio Nobel de química 2023 a Alexey Ekimov, Louis Brus y Moungi Bawendi “por el descubrimiento y síntesis de los puntos cuánticos” fue fundamentalmente porque demostraron que el color de la emisión de luz de los vidrios coloreados estaba determinado, a través de efectos cuánticos, por el tamaño de las partículas, de la misma forma que para partículas flotando libremente en fluidos y síntesis de estos, respectivamente. La relevancia de los puntos cuánticos, además del estudio de las propiedades físicas básicas, es por sus diversas posibles aplicaciones. En este trabajo reportamos el efecto de campos eléctricos y magnéticos aplicados en la dirección z sobre puntos cuánticos esféricos multicapa con núcleo de GaAs, una angosta barrera de AlGaAs y otro pozo de GaAs cubierto por una barrera de AlGaAs. El estudio lo hacemos trabajando en la aproximación de masa efectiva y reportamos la estructura electrónica del sistema y exploramos su comportamiento bajo campos eléctricos y magnéticos constantes. Encontramos que el efecto neto del campo eléctrico es confinar la densidad de probabilidad del estado base en el polo sur del punto cuántico esférico, mientras que los demás estados se ajustan por ortogonalidad. Por otro lado, el campo magnético tiende a confinar al electrón hacia el núcleo, lo cual depende también del número cuántico asociado al término centrifugo del Hamiltoniano.

Implementación de la técnica de espectroscopia acústica resonante (ARS), en laboratorios de avanzados de docencia, para caracterizar propiedades elásticas de materiales y estructuras

Usando equipos propios de un laboratorio de docencia, como son: bobinas, imanes, un generador de funciones y un osciloscopio, implementamos experimentalmente la técnica de Espectroscopia Acústica Resonante (ARS). Esta propuesta pretende acercar y motivar a los estudiantes de licenciatura y posgrado a experimentos que tienen gran potencial para el control de la propagación de ondas elásticas y el diseño de nuevos materiales elásticos con propiedades ondulatorias emergentes, cuyo alcance está en la frontera de la investigación. Los estudiantes podrán medir, a partir de los distintos espectros elásticos de un sistema, el módulo de Young (E) y el módulo de corte (G), las velocidades de las ondas, entre otros coeficientes elásticos.

Análisis numérico del surgimiento de puntos excepcionales en sistemas elásticos cuasi unidimensionales estructurados

En este trabajo se explora a nivel numérico la creación de Puntos Excepcionales en un sistema estructurado cuasi unidimensional elástico con simetría de Paridad y Tiempo. El sistema se compone de $(N-2)$ celdas localmente periódicas y dos celdas que actúan como un dímero, en el cuál se inducen ondas torsionales. En uno de los dispersores del dímero se inducen pérdidas y en el otro ganancias, mismas que se balancean por medio de un único parámetro. Al aumentar este parámetro se logra la coalescencia de las resonancias del dímero, que entre sí, en un punto excepcional, son repelentes naturalmente .

Emulación y caracterización elástica del CIS Poliacetileno

En el poliacetileno, un tipo de polímero, existen dos isómeros que exhiben la propiedad de conductividad eléctrica. En este estudio, nos enfocamos en el isómero cis del poliacetileno, el cual fue emulado con un sistema elástico utilizando la aproximación de amarre fuerte de los electrones. Posteriormente, se investigó la interacción con vecinos de mayor orden, específicamente a terceros vecinos, se observó la aparición de estados topológicamente protegidos. Los estados topológicamente protegidos son estados cuánticos que son inmunes a perturbaciones locales. Estos estados emergen debido a la topología del material y a menudo se manifiestan como excitaciones de baja energía en el sistema. La característica principal es que su presencia está garantizada por las propiedades topológicas del material y no dependen de detalles microscópicos específicos. Lo que se realizo en este trabajo fue la obtención experimental de las bandas del CIS poliacetileno y la medición de los estados topológicos predichos por los modelos en el polímero.

Impresión 3D de biomateriales residuales

Este proyecto busca la aplicación de la impresión 3D para innovar, modificando una impresora para poder imprimir con material reciclado PET. Esto con el objetivo de obtener un biomaterial producto de combinaciones de PET con distintos polímeros naturales, como lo son: la seda y la quitina; usando únicamente, materiales residuales con propiedades distintas para imprimir, fomentando el reciclaje y la sustentabilidad. La metodología empleada en la modificación de la impresora 3D fue diseñando una tolva impresa en 3D y adaptándola al extrusor, permitiendo imprimir directamente con el PET sin la necesidad de formar un filamento. Posteriormente se caracterizaron temperaturas para la extrusión y para las distintas combinaciones de los biomateriales con PET y reprogramando la impresora. Las piezas impresas con las diferentes combinaciones de biomateriales se sometieron a distintas pruebas mecánicas como: prueba de tracción para calcular el límite elástico del material, pruebas de compresión, torsión y de impacto. Las pruebas mecánicas fueron aplicadas en distintas formas para optimizar el resultado en las pruebas y conocer que biomaterial se adaptó mejor a la prueba. Finalmente, se dieron a conocer las posibles aplicaciones prácticas de esta propuesta como materiales auxéticos y la sustitución de materiales por la implementación de estos nuevos biomateriales elaborados de residuos.

Determinación del coeficiente de Poisson negativo en materiales auxéticos poliméricos

El coeficiente de Poisson negativo es una característica de los materiales auxéticos que son metamateriales que poseen propiedades mecánicas únicas como disipación de ondas sonoras, absorción de impactos, memoria de forma dependiendo de su estructura. Estas propiedades abren un mundo de posibles aplicaciones de estos materiales. El objetivo de estudiar estos materiales es comparar un modelo teórico con pruebas experimentales. La metodología a seguir fue partiendo del módulo de Young, el módulo de corte, la densidad del material empleado y mediante análisis geométrico de una estructura propuesta se determinó la expresión para obtener el coeficiente de Poisson negativo de un metamaterial. Por otro lado, para la comparación experimental se fabricaron estructuras con distintos materiales propuestos utilizando impresión 3D, a las cuales se les realizaron ensayos mecánicos para analizar su comportamiento bajo fuerzas de compresión, para obtener su coeficiente de Poisson negativo. El estudio de esta relación es fundamental para determinar los parámetros en los que estos materiales son estables, esto nos ayudara al momento de diseñar y proponer una estructura para una aplicación práctica esto con el fin de que sea óptima para la situación.

Transporte de ondas fuera del plano en guías de ondas elásticas

Las guías de onda son dispositivos que han sido bien estudiados, como mecanismos para el transporte direccionado de distintos tipos de ondas clásicas, reduciendo las pérdidas naturales por disipación. En este trabajo, con la ayuda de simulaciones numéricas (basadas en el método del elemento finito), se diseñan algunas guías de onda mecánicas para estudiar experimentalmente el establecimiento de los primeros canales de vibraciones fuera del plano, sus frecuencias de apertura y su transmisión directa, en guías infinitas y semi-infinitas. Esto último es un reto experimental que se debe comprobar. Parte del diseño implica algunos mecanismos novedosos, propuestos para la absorción de las vibraciones en los extremos de una guía real fabricada. Estos mecanismos deben evitar las ondas reflejadas que, en los modelos teóricos no se consideran, debido a que las guías son infinitas.

Conductividad óptica y bandas de energía de la interacción de una capa de grafeno con aluminio

En este trabajo se hace un estudio de primeros principios para calcular las bandas de energía y la conductividad óptica de una capa de Grafeno cuando interacciona con una molécula de aluminio, utilizando la teoría funcional de densidad y la dinámica molecular a 300K y presión atmosférica. Primeramente, se obtiene la estructura de mínima energía para el sistema Grafeno-Aluminio. Posteriormente, se calculan las bandas de energía, las funciones dieléctricas y la conductividad óptica de este nuevo sistema. Con la adsorción de la molécula de aluminio, el sistema sigue teniendo las propiedades del grafeno, como podemos ver en el cálculo de la estructura de la banda de energía.Para la conductividad óptica se observa que existen tres picos bien definidos , encontramos que la conductividad máxima se observa a 3.7 eV , ubicado en la región de la luz ultravioleta, con un valor de 4.99 x 10^15/s. Hemos realizado nuestros cálculos utilizando el código de Quantum Espresso , con la aproximación GGA y GGA modificado para interacciones Van der Waals.

Preparación y estudio de películas de perovskita BaTi(OS)3 para celdas solares

En la búsqueda constante de alternativas más eficientes y económicas para la energía renovable, las células solares basadas en perovskitas han surgido como una tecnología prometedora en el campo de la energía solar por su fácil fabricación, de bajo costo y con buenas propiedades optoelectrónicas. Este trabajo se presenta un análisis de las propiedades de las películas delgadas de perovskita BaTi(OS)3, hechas por la técnica de recubrimiento por rotación estas propiedades son estructurales, vibracionales y ópticas, teniendo como resultado buena calidad cristalina y un gap cerca del ideal.

Estudio teórico de las propiedades electrónicas y mecánicas de nanoalambres de Ge pasivados con Na

Las baterías de Na se posicionan como una alternativa para reemplazar a las de Li, debido a que operan bajo el mismo principio y ofrecen la ventaja de un menor costo debido a la abundancia de Na en la tierra. La nueva generación de baterías recargables requiere de una mayor capacidad de almacenamiento de energía, una vida útil y seguridad para los usuarios. Los nanoalambres de germanio presentan una capacidad teórica de carga superior a la del grafito, que actualmente se usa en las baterías de Li (380 mAhg-1), por lo que son candidatos para el desarrollo de ánodos en baterías. En este trabajo, se presenta un estudio teórico de los efectos del Na al sustituir átomos de H en la superficie de nanoalambres de Ge en las propiedades electrónicas y mecánicas. El estudio se realiza empleando la teoría del funcional de la densidad, en la aproximación de densidad local. Los resultados indican que a bajas concentraciones de Na el nanoalambre es semiconductor y a altas concentraciones tiene un comportamiento metálico. La energía de formación es favorable para todas los sistemas estudiados y la energía de enlace de los átomos de Na disminuye para altas concentraciones de Na. Por otro lado, el módulo de Young es mayor en nanoalambres con Na en comparación con los pasivados con H. Asimismo, los valores obtenidos son menores al módulo de Young del Ge en bulto. Estos resultados abren la posibilidad de incorporar nanoalambres de Ge como material anódico en baterías recargables de Na.

Polarización de valles-espines y magnetorresistencia de tunelamiento en una superred magnética periódica de $𝑀𝑜𝑆_{2}$ con asimetría estructural

En el presente trabajo se plantea el estudio de superredes magnéticas periódicas de $𝑀𝑜𝑆_{2}$ con asimetría estructural para calcular las polarizaciones de valles-espines y la magnetorresistencia de tunelamiento (TMR). Es de nuestro interés su aplicación para dispositivos versátiles que sean de utilidad tanto para el procesamiento como para la lectura de información, para lo cual se busca tener un cambio de polarización de valles-espínes al variar la polaridad de la magnetización y a su vez tener una TMR alta. En reportes previos se ha logrado obtener estructuras versátiles para superredes magnéticas de siliceno en las cuales fue necesario inducir asimetría estructural. Para las superredes periódicas de $𝑀𝑜𝑆_{2}$ simétricas, se logró tener dos estados de polarización bien definidos, pero al fijar una configuración de magnetización antiparalela y variando el potencial electrostático. Además, es de importancia mencionar que en estas superredes simetricas se tiene un transporte anómalo al presentarse TMR negativa. La superred magnética estudiada se genera al considerar dos semillas A y B donde cada una cuenta con una tira ferromagnética, así como una región normal de tal manera que cada semilla tiene magnetización fija y magnetización variable, respectivamente. Además, a cada tira ferromagnética se le aplica un potencial electrostático. En el presente estudio se muestran los resultados para una superred magnética periódica de $𝑀𝑜𝑆_{2}$ con asimetría estructural en donde se ha logrado tener dos estados de polarización bien definidos al cambio de la magnetización al fijar el potencial electrostático.

Emisión de luz blanca modulando la emisión fotoluminiscente de películas multicapas transparentes de HfO2: Eu, Tb y Sm

En este trabajo, se presentan las propiedades luminiscentes, ópticas y morfológicas de películas delgadas monocapa y multicapa de óxido de hafnio (HfO2) dopadas con terbio (Tb), europio (Eu) y/o samario (Sm). Para la síntesis de las películas se utilizó la técnica de pirólisis por pulverización ultrasónica (USP), empleando acetilacetonatos como precursores a una temperatura de 500°C durante 10 minutos sobre sustratos de vidrio, las bicapas y tricapas se sintetizaron a 400°C durante 5 minutos sobre silicio, sustratos con dimensiones de 1,5 x 1 cm. La caracterización de las películas mostró espesores cercanos a los 580 nm, transmitancias entre 70 y 95%, rugosidades cercanas a los 2 nm y morfologías suaves. Sin embargo, las mejores propiedades fotoluminiscentes (PL) las presentaron las películas de HfO2: Tb3+ + Eu3++ Sm3+, sobre vidrio y silicio; los espectros de emisión presentaron bandas con las características de los iones dopantes para una longitud de onda de excitación de 250 nm; las películas tricapa depositadas sobre silicio muestran espectros luminiscentes con emisiones de tres colores azul, rojo y verde, obteniendo emisiones cercanas al color blanco. Cuando las películas fueron excitadas por longitudes de onda de hasta 300 nm se observó una emisión de banda ancha cercana a los 400 nm atribuida a la matriz posiblemente ocasionada por los iones de samario, sumada a las emisiones de europio (rojo), terbio (verde) con una longitud de onda de excitación de 297 nm, el espectro observado presentó una emisión con coordenadas cromáticas de x = 0,326 e y = 0,334.

Study of surface plasmonic modes in multilayers based on two-dimensional materials

The study of surface plasmons in two-dimensional materials, graphene and phosphorene, has emerged as a fascinating and promising area of research in nanotechnology and optics. In this respect, this work focuses on investigating the formation of plasmonic bands in photonic crystals composed of multiple layers of these two-dimensional materials separated by dielectrics layers. We have obtained the dispersion relations for plasmons on finite multilayer systems composed of [graphene/dielectric] or [phosphorene/dielectric], showing that plasmon mode coupling is possible for both configurations. We have also obtained the plasmonic band structure in these systems, revealing the crucial influence of key structural parameters, charge carrier density $N$ and interlayer distance $d$ to tune the properties of plasmons. Furthermore, we have obtained that for phosphorene configurations plasmonic coupling is posssible at different frequencies, as a result of the different effective masses for both principal directions in phosphorene (zig-zag and armchair). This work envisions external controlling of plasmonic characteristics using gate voltage techniques for technological applications in the fields of nanophotonics, optoelectronics and optical sensing. $\textbf{Keywords:}$ Plasmons, two-dimensional materials, graphene, phosphorene.

Desarrollo de dispositivos capacitivos basados en películas semiconductoras sintetizadas por intercambio Iónico

En este trabajo de investigación se sintetizaron películas precursoras de carbonato de cadmio (CdCO3), sobre placas conductoras de aluminio y otros materiales, las cuales se elaboraron utilizando la técnica por baño químico, en una de ellas se utilizó como complejante hidróxido de amonio y el segundo tipo fue libre de amonio, para el caso de las placas de aluminio se necesito usar un regulador de pH. Estas películas de CdCO3 se introdujeron en una cámara de vacío en la cual previamente se coloco sobre un crisol de tungsteno, los diferentes materiales con los cuales se realizó el intercambio iónico, para poder llevar a cabo lo anteriormente mencionado, estos materiales fueron sublimados dentro de la cámara de vacío, generando una nube de gas alta en iones y dicho gas interactuó con nuestras películas precursoras, formando nuevas películas sobre las placas conductoras, posteriormente recibieron tratamiento térmico para que los materiales se solidifiquen de manera mas optima en nuestras placas. Las películas fueron caracterizadas morfológica, estructural, óptica y eléctricamente.

Síntesis y caracterización de las propiedades estructurales, vibracionales y ópticas óxido de zinc

Para la realización de este trabajo se sintetizaron muestras de óxido de zinc (ZnO) utilizando dos metodologías, combustión y sol-gel asistido por ultrasonido, utilizando nitrato de zinc (Zn(NO3)2) grado reactivo como precursor e hidróxido de sodio (NaOH) como agente alcalino para el ajuste del pH. El resultado del método de síntesis es un polvo blanco que se caracterizó por DRX, microscopía Raman, DRS y PL. Los resultados de DRX y espectroscopía Raman indican que en ambos casos se obtuvo el material, cuya estructura cristalina corresponde a una fase hexagonal tipo wurtzita que exhibe modos vibracionales característicos en 98 y 437cm-1 para los modos (E2 (low) y A1(TO) respectivamente. Las caracterizaciones ópticas exhiben propiedades típicas como el borde de absorción cuya gap óptico se aproxima a 3.26 eV y su espectro de emisión consta de dos bandas, una estrecha asociada a transiciones exitónicas alrededor de 380 nm y una muy ancha asociada a defectos centrada en 550 nm. En el presente trabajo se realiza la comparación de las propiedades estructurales, vibracionales y ópticas obtenidas en las muestras por los dos métodos de síntesis, variando parámetros como pH en un caso y concentración de combustible en el otro, con el objetivo de identificar el más adecuado para aplicaciones de foto emisión de luz.

Síntesis, caracterización y simulación de las propiedades estructurales, fonónicas y magnéticas del sistema superconductor YBa2Cu3O7

En el presente trabajo se sintetizaron muestras del sistema superconductor YBa2Cu3O7, a partir de los nitratos de los cationes mediante reacción de sol-gel, calcinado y tratamiento térmico de oxigenación. Se realizó la caracterización estructural de las muestras mediante difracción de rayos X, utilizando como fuente la emisión K de Cu, mostrando que el material posee una estructura tipo perovskita conforme a lo reportado en la literatura. Además de la medición de espectroscopía Raman para conocer las propiedades vibracionales de la muestra. Se caracterizaron las propiedades magnéticas en función de la temperatura para observar el cambio al alcanzar la temperatura de transición a la fase superconductora, resultando alrededor de los 90 Kelvin. El aspecto más interesante de este trabajo es la comparación y complementación de los resultados obtenidos de las caracterizaciones experimentales con los obtenidos mediante simulaciones, utilizando la paquetería “quantum espresso”, acercando a los estudiantes a un análisis de enfoques múltiples de un sistema físico.

Síntesis, caracterización y estudio teórico de las propiedades estructurales, vibracionales y ópticas óxido de zinc

Para la realización de este trabajo se sintetizaron muestras de óxido de zinc (ZnO) mediante la técnica de sol-gel asistido por ultrasonido, utilizando nitrato de zinc (Zn(NO3)2) grado reactivo como precursor e hidróxido de sodio (NaOH) como agente alcalino para el ajuste del pH. El resultado del método de síntesis es un polvo blanco que se caracterizó por DRX, microscopía Raman, DRS y PL. Los resultados de DRX y espectroscopía Raman indican que en ambos casos se obtuvo el material, cuya estructura cristalina corresponde a una fase hexagonal tipo wurtzita que exhibe modos vibracionales característicos en 98 y 437cm-1 para los modos (E2 (low) y A1(TO) respectivamente. Las caracterizaciones ópticas exhiben propiedades típicas como el borde de absorción cuyo gap óptico se aproxima a 3.26 eV y su espectro de emisión consta de dos bandas, una estrecha asociada a transiciones exitónicas alrededor de 380 nm y una muy ancha asociada a defectos centrada en 550 nm. Adicionalmente, a partir del refinamiento de los datos obtenidos por DRX se realizó el cálculo de dinámica molecular, estructura de bandas, densidad de estados y modos vibracionales utilizando la paquetería “quantum espresso”, con el objetivo de comparar los resultados con los obtenidos experimentalmente.

Propiedades elásticas de barras de PLA como función del factor de llenado

Utilizando la técnica de Espectroscopía Acústica Resonante (ARS)se caracterizan varias barras de PLA de sección transversal rectangular. Las barras se obtuvieron con una impresora 3D usando filamento de ácido poliláctico. El factor de llenado de estas barras varió de $0.05\%$ a $100 \%$. Del análisis del espectro de frecuencias se obtienen las propiedades elásticas de cada barra y se estudia el impacto del factor de llenado en los módulos elásticos de las mismas.

Revisiting $XB2$ borides and compare with the new $LaBH8$ superconductor

In the time when $MgB_2$ was discovered, it broke the record of conventional superconductors $(39 K)$. In addition to that, also this material has been the first two gap superconductor. In this work, we calculated the typical band structure and the Fermi surface, to have a reference. At Fermi level, we observed the typical $\pi$- and $\sigma$- bands originated from $2 p_{z}$ and $2 p_{xy}$ from boron in plane. The Fermi surface shows $2$ coaxial cylinders related to $\sigma$- bands and tubular networks related to the $\pi$- bands (bonding and antibonding). One important fingerprint of this material is the presence of holes at the top of $\sigma$- bands. Solving anisotropic Migdal-Eliashberg equation (EPW), it is found $2$ sets of gaps related to $\pi$- and $\sigma$- bands with the respective gaps. Additionally, in the last 5 years, a large number of high temperature superconductors have been predicted and experimentally synthesized of $H$- compounds (La hydrides) with the record of $260 K$, but the problem with all of these systems is that a great pressure is required, which cannot be used in any practical application. Thus, scientists are looking for ways to reduce external pressure required. One strategy, it is to find a third element that can be included into the voids of a superconductor of known structure, to increase the overpacking of the compound. In this way, by increasing the internal pressure, it will decrease the external pressure required for superconductivity. We explore, the rol of boron, taking the voids around $H$ in $LaBH8$. We obtained the Fermi surface of this material, and a hydrogen character is dominant everywhere. Electron-phonon coupling of $LaBH8$ is dominated by $H$ modes. We present Eliasbergh dispersion of $LaBH8$ and we compare with the physics of diborides known $(MgB_2, CaB_2, MoB_2).$ Solutions of the anisotropic Migdal-Eliashberg equations require a fine sampling of the electron-phonon matrix elements across the Brillouin zone.

Cálculos a primeros principios de las propiedades estructurales y electrónicas de compuesto EuFeO3 dopado con Co en los sitios de Fe

Los óxidos metálicos mixtos (ABO3) se han considerado como uno de los semiconductores más atractivos para una amplia gama de aplicaciones: como dispositivos microelectrónicos, electroimanes cuánticos, catalizadores y sensores de gas debido a sus excelentes propiedades ópticas, mecánicas y magnéticas, entre otras [1]. Una de las propiedades más destacables es la multiferroicidad [2, 3]. En particular, los momentos magnéticos entre los átomos A y B son responsables de que presenten varias fases magnéticas. En particular presentan varias propiedades magnéticas atractivas, una de estas son los espines inclinados no colineales, que está relacionado con la presencia de ferromagnetismo débil [4], reorientación del espín impulsada por la temperatura [5] e inversión de magnetización [6]. Se han realizado cálculos sobre el compuesto EuFe1-xCoxO3, para obtener sus propiedades estructurales y electrónicas empleando un enfoque de ondas planas basado en DFT se utilizó la aproximación LDA+U con un pseudopotencial CA-PZ. Además, para la simulación de la solución solida se empleó el modelo de aproximación de cristal virtual (VCA-DFT). [1] Shah, J.; Bhatt, P.; Dayas, K.D.D.; Kotnala, R.K.;Dayas, K.D.D. Significant role of antiferromagnetic GdFeO3 on multiferroism ofbilayer thin films. Mater. Res. Express 2018, 5, 026416 [2] Sasani, A., Íñiguez, J., And Bousquet, E., Phys. Rev. B, 105, 064414-8 (2022). DOI: 10.1103/PhysRevB.105.064414. [3] Cho, J.-H. And Jo, W., J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 34(3), 149-166 (2021). DOI: https://doi.org/10.4313/JKEM.2021.34.3.149. [4] Bozorth, R. M., Phys. Rev. Lett., 1 (10), 362-363 (1958). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.1.362. [5] Fita, I., et al. Phys. Rev. B, 105, 094424-9 (2022). DOI: 10.1103/PhysRevB.105.094424. [6] Mohammed, M. H., et al., J. Appl. Phys., 127, 113906-12 (2020). DOI: 10.1063/1.5115518.

Estudio del efecto Hall en películas de Mn3+xGe/GaN (0001) con antiferromagnetismo no colineal

Los materiales ferromagnéticos, como las aleaciones Co-Fe y Co-Fe-B, empleados en la fabricación de memorias magnéticas de acceso aleatorio están comenzando a ser reemplazados por materiales antiferromagnéticos que poseen mayor velocidad en su dinámica de spin y carecen de campos de desmagnetización. Estas ventajas han permitido el desarrollo de bits con capacidad de almacenar y leer información en unos cuantos nanosegundos. Por otra parte los antiferromagnetos no colineales, como la familia D019-Mn3X (X = Ge, Ga y Sn) con estructura cristalina hexagonal, presentan propiedades topológicas asociadas a su estructura de spin tipo kagome. El presente trabajo expone los resultados de mediciones magnéticas y de magnetotransporte de películas delgadas de D019-Mn3Ge (Mn3Ge) crecidas sobre sustratos de GaN (0001). Se estudiaron las propiedades antiferromagnéticas de las películas en función del exceso de Mn inducido durante el crecimiento por co-depósito de Mn y Ge empleando la técnica de pulverización catódica con la finalidad de manipular la estructura electrónica y por ende sus propiedades topológicas. Se realizaron mediciones de efectos Hall ordinario, anómalo y topológico con el campo magnético perpendicular al plano de la película. Los resultados se interpretaron en términos de la quiralidad escalar de spin de cada muestra y su efecto en la curvatura de Berry.

Estudio comparativo de la Formación de Nanoparticulas de Óxido de Hierro por los Métodos de Microondas y Cavitación Ultrasónica

En la ciencia y aplicaciones de los nanomateriales los métodos de síntesis no convencionales para su formación han tomado una gran relevancia. Entre los métodos de síntesis más destacados se encuentran: la irradiación con microondas y la cavitación ultrasónica, ambos métodos son rápidos en la obtención de los compuestos, amigables con el medio ambiente y de relativo bajo costo. En este trabajo se compara la formación de nanoparticulas de óxido de hierro en la fase hematíta obtenida por estos dos métodos. Se muestran las diferencias en tamaño y morfología de las nanopartículas , así como el rendimiento de reacción de ambas metodologías. Los análisis estructurales se han llevado a cabo por XRD, SEM, TEM y espectroscopía Mössbauer. Para el estudio se ha seleccionado la fase antes mencionada por su gran potencial en su aplicación en medicina, en lo que se conoce como Teranóstica: detección, diagnostico y curación. Se puede citar como referencia el combate contra el cáncer por medio de la hipertermia magnética, donde, las nanopartículas de óxido hierro son cruciales

Trayectoria de compresión por simulación en juntas atornillada para aplicaciones aeronáuticas

En este trabajo se realizaron simulaciones en elemento finito para determinar la trayectoria de compresión de juntas atornilladas de uso Aeronáutico. Además, se desarrolló un programa para calcular la rigidez de la junta atornillada, usando el método de DOBROVOLSKI, el de SHIGLEY, y bajo un modelo analítico obtenido por las simulaciones. El espacio de diseño del cono de compresión generado abarca juntas atornilladas para diferentes tornillos desde 0.190 a 0.375 pulgadas de diámetro, precargando de 2 a 4 bridas de 0.20 pulgadas de espesor, o sea variando la longitud de agarre de la junta atornillada, usando SOLIDWORKS y ANSYS para hacer un análisis comparativo en la solución por ambos programas. La trayectoria de compresión a través de la junta es importante, ya que nos ayuda a entender el comportamiento de la rigidez de la junta para lograr un mayor grado de seguridad, y calidad a la hora de diseñar una junta atornillada para el sector aeronáutico. De las simulaciones en ANSYS y SOLIDWORK se puede concluir que la diferencia en rigidez de las juntas atornilladas en la zona compresiva es menor al 10%. Lo cual no representará una variación significativa en el cálculo de la constante elástica de la junta atornillada. Finalmente, los resultados muestran que el modelo analítico obtenido de las diferentes simulaciones es confiable ya que se tienen una constante elástica de la junta de 0.165 (0.375 pulgadas DIA-4 bridas), mientras que 0.17 en ANSYS, y 0.16 en SOLIDWORKS, menos del 2% de variación.

Estudio mediante FEM de las propiedades mecánicas de los caparazones de Kinosternon acutum y Trachemys venusta

En las últimas décadas el método de elementos finitos (FEM por sus siglas en inglés) ha tomado gran relevancia en el área de investigación biológica, permitiendo principalmente comprender el comportamiento mecánico de estructuras óseas y exoesqueletos, bajo los efectos de estrés provocados por su propio funcionamiento o por factores externos. Así mismo, para la aplicación del método comúnmente se realiza la captura digital por medio de tomografía computarizada, digitalizadores 3D, entre otros tipos de exploración de estructuras. El objetivo de este proyecto es aportar información de las propiedades mecánicas del caparazón de dos especies de tortugas nativas de México, Kinosternon acutum y Trachemys venusta respectivamente. Metodología del proyecto. En primer lugar, se llevó a cabo la investigación respecto a las especies a analizar. Posteriormente se digitalizaron dos caparazones de estas especies con el equipo Revopoint mini y el programa Revo Studio. Finalmente haciendo uso del análisis FEM se simularon algunas situaciones físicas a las que puedan estar expuestas estas tortugas en su habitad.

Diseño de O-rings para Aplicaciones Radiales de uso Aeronáutico

En este trabajo se establecen criterios generales para el diseño estático de "O-rings" en aplicaciones de configuración radial, utilizados en sistemas que contienen fluidos presurizados comunes en la industria Aeroespacial. Además, se realizó la caracterización de dos materiales comúnmente utilizados en la industria (HNBR & Viton) para conocer sus propiedades, y posteriormente realizar simulaciones en elementos finito para determinar el funcionamiento de los sellos con las características de los materiales establecidos, para calcular las fuerzas generadas sobre los sellos y poder determinar la fuerza necesaria para ensamblarlos. El estudio de MEF comprende diferentes tamaños de O-ring a diferentes niveles de compresión, ya que estos resultados son muy importantes para determinar la fuerza necesaria para la instalación de los O-rings dentro de las cavidades a sellar. Se desarrolló una herramienta en el entorno de Visual Basic de Excel para evaluar y generar diseños de este tipo de dispositivos. La herramienta desarrollada reduce los tiempos de computo en un 95%, lo cual es efectiva para poder hacer cualquier rediseño y optimización de este tipo se sellos que son muy impostantes en la industra aeronáutica y espacial.

Síntesis y caracterización de las propiedades estructurales y magnéticas del sistema $Zr_{0.96-X}V_{0.04}B_2+X(X={Y,Ba})$

Este estudio presenta la síntesis en estado sólido de un material policristalino $Zr_{0.96-X}V_{0.04}B_2+X$ mediante horno de arco eléctrico con atmósfera controlada de argón, donde X representa los elementos dopantes (Y o Ba) con concentraciones de 0.03, 0.12 y 0.2. La caracterización estructural a través de difracción de rayos X (DRX) y refinamiento de la estructura cristalina reveló una reducción de los parámetros de red del sistema $ZrB_2$, indicando una solubilidad limitada al aumentar el dopaje con Ba e Y. Además, las micrografías obtenidas por microscopía electrónica de barrido (SEM) exhiben un crecimiento laminar homogéneo en los sistemas estudiados. Finalmente, se presenta la caracterización magnética, demostrando un comportamiento superconductor con una temperatura crítica ($T_c$) de alrededor de 8K.

Caracterización ópticas, estructural, morfológicas y eléctricas de películas semiconductoras de CdCO3:Cr elaboradas por baño químico

Se Sintetizaron películas semiconductoras de carbonato de cadmio por baño químico dopadas con diferentes concentraciones de cromo. Este trabajo tiene como objetivo investigar las propiedades estructurales, ópticas, morfológicas y eléctricas de las películas semiconductoras de CdCO3:Cr . El tiempo y la temperatura de reacción para la elaboración de dichas películas fueron de 20 horas y 50 °C respectivamente, la concentración de cromo varia desde 0.005 M, 0.01 M, 0.03 M y 0.05 M. Las películas presentan buena adherencia al sustrato de vidrio Corning , son homogéneas y de color blanco. La banda prohibida directa de la película de CdCO3 fue de 3.7 eV. Este valor están en el rango reportado en la literatura para películas delgadas de CdCO3 y están relacionadas con transiciones directas de electrones entre valencia y conducción. Las películas de CdCO3:Cr presentan una reducción del band-gap con respecto a la película de CdCO3 del orden del 11%. Los espectros de absorción nos reporta que las películas presentan entre 5% y 7 % de absorción en todo el espectro de la luz visible. La difracción de rayos X (XRD) comprueban que la estructura cristalina de todas las películas corresponde a la octavita.

Dinámica de red y acoplamiento electrón-fonón en función de la presión en FeGe

En este estudio se presenta la evolución de la dinámica de red y el ancho de línea (linewidth) fonónico en el compuesto FeGe (estructura B20 no-centrosimétrica) en función de la presión, para dos fases magnéticas: no-magnética (NM) y ferromagnética (FM). Lo anterior se ha realizado mediante cálculos de primeros principios basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT), usando el método de pseudopotenciales con bases mezcladas (MBPP), y la teoría perturbativa del funcional de la densidad (DFPT). Se analiza el acoplamiento electrón-fonón (EPC) mediante el linewidth fonónico al tomar en cuenta el magnetismo, para diferentes valores de presión aplicada, considerando el rango de valores alrededor de la presión de transición de fase magnética reportado experimentalmente, y determinado por nuestros cálculos. Se observa en el FeGe (fase ferromagnética), sin presión aplicada (p=0GPa), una importante contribución al linewidth de los modos acústicos en la vecindad del punto de alta simetría R. Dichos efectos se ven atenuados por el incremento de la presión aplicada en el sistema, lo cual indica una correlación entre el magnetismo y dichos modos fónonicos. Analizando la densidad de estados conjunta podemos concluir que los linewidths fonónicos se ven influenciados principalmente por los elementos de matriz del acoplamiento electrón-fonón.

Obtención de películas de Nitruro de Silicio (Si3N4) y Óxido de Silicio (SiO2) mediante la técnica de Sputtering y su aplicación en Espejos de Bragg

El Nitruro de Silicio (Si3N4) y Óxido de Silicio (SiO2) son materiales ampliamente utilizados en la microelectrónica y fotónica integrada por sus propiedades eléctricas, estructurales y ópticas. Además, son buenos candidatos para la fabricación de espejos de Bragg gracias al contraste alto de índices de refracción que presentan entre ellos. Se cuenta con metodologías ampliamente reconocidas para el depósito de éstos materiales; sin embargo, su elaboración requiere de mucho tiempo de proceso para la fabricación de estructuras multicapas para conformar un espejo Bragg. En este sentido, la técnica de sputtering permite obtener películas muy homogéneas; no obstante, se requieren de condiciones específicas (como presión de trabajo, potencia, temperatura, etc.) en función de los diferentes materiales a depositar. En este trabajo se presentan las condiciones optimizadas para la fabricación secuencial de multicapas de Si3N4 y SiO2 por medio de sputtering. Para ello se consideraron parámetros ópticos como el índice de refracción, transmitancia y fotoluminiscencia, además de parámetros superficiales como la rugosidad para caracterizar y validar las películas depositadas. Gracias a este estudio se logró obtener un proceso óptimo y repetitivo para la fabricación del espejos de Bragg.

Cristales Fotónicos Quirales

Las estructuras quirales son configuraciones tridimensionales, por ejemplo con forma helicoidal o de espiral, que se caracterizan por no tener ningún plano de simetría en espejo. Debido a la asimetría de la estructura, interactúa de manera distinta con luz polarizada circularmente que gira en sentido horario y con luz que gira en sentido antihorario. Realizar pequeñas modificaciones en la configuración quiral de la estructura puede causar un efecto significativo en sus propiedades ópticas, lo cual resulta de interés para la creación y diseño de materiales ópticos con propiedades ópticas específicas. Existen cristales fotónicos naturales, por ejemplo la estructura de Bouligand, que consiste en un sistema multicapa presente en la cutícula de algunos artrópodos. Se trata de un sistema quiral, cuyas capas sucesivas se disponen con orientaciones distintas, gradualmente rotadas. Presenta propiedades ópticas similares a las de los cristales fotónicos, lo cual resulta en la formación de bandas de energía permitidas y brechas prohibidas en la relación de dispersión de los fotones. Para el estudio de las propiedades ópticas de la estructura de Bouligand se utilizó el método de la matriz de transferencia. Empleando matrices de rotación se generalizó la matriz de transferencia de películas anisotrópicas en ejes principales, similares a las de medios isotropicos, a películas orientadas arbitrariamente. Mediante la multiplicación sucesiva de matrices rotadas, que representan a cada capa, se obtuvo la matriz de transferencia de un periodo de la estructura de Bouligand. Empleando esta matriz, el teorema de Bloch condujo a la relación de dispersión, que se exploró de manera numérica y se verificó mediante una formulación analítica alternativa basada en la ecuación de onda en el interior de un sistema con una función dieléctrica helicoidal. Con esta matriz de transferencia se calcularon propiedades ópticas como la relación de dispersión fotónica y la polarización.

Estudio del crecimiento de cúmulos de Ni$_n$ ($n=2-5$) sobre grafeno con monovacancias usando cálculos de primeros principios

El elemento Ni es abundante en la tierra y puede ser utilizado en una variedad de procesos catalíticos. En comparación con su estado en bulto, los cúmulos de Ni tienen un momento magnético significativamente significativo a escala nanométrica. Para que los cúmulos de Ni permanezcan estables a temperatura ambiente, se requieren condiciones físicas para evitar interacciones magnéticas. Esto se puede lograr depositándolos sobre materiales no magnéticos. Debido a su baja reactividad, el grafeno se usa con frecuencia como sustrato. Sin embargo, defectos estructurales como las vacancias pueden alterar las propiedades físicas y químicas del grafeno, lo que resulta en estados cercanos al nivel de Fermi. Los resultados de la interacción de clústeres de Ni$_n$ ($n=1-5$) sobre grafeno se muestran en el presente trabajo. El grafeno prístino y el grafeno con monovacancia fueron utilizados para investigar estas interacciones. Como resultado, observamos una disminución significativa de la energía de adsorción en el caso en el que el grafeno tiene una sola vacancia. Además, la presencia de monocancias conduce a una redistribución de cargas que promueve la quimisorción del Ni. Consideremos los casos en los que uno de los átomos de Ni se encuentra en un lado de la lámina de grafeno y el resto, Ni$_{m,1}$ ($m=1-4$), son adsorbidos en el otro lado. La energía de adsorción de los cúmulos Ni$_{3,1}$ y Ni$_{4,1}$ es ligeramente mayor que cuando son quimisorbidos en un solo lado de la lámina. Sin embargo, la redistribución de carga ocurre en ambos lados del grafeno, lo que aumenta la probabilidad de adsorción de otras moléculas. Analizamos la densidad electrónica de estados en todos los casos para analizar los cambios en las láminas de grafeno en función del tamaño de los cúmulos de Ni adsorbidos. Finalmente, realizamos un análisis de cargas efectivas de Bader para describir la transferencia de carga entre los cúmulos de Ni y los átomos enlazados a la red del grafeno.

El efecto Hall clásico como un problema de electrostática con condiciones de frontera inusuales, resuelto con el Método de Diferencias Finitas Generalizadas

El efecto Hall clásico lleva siendo conocido desde hace más de 100 años, y sigue siendo usado para medir propiedades de transporte de los materiales, también para determinar si ciertos materiales semiconductores son de tipo N o tipo P. El efecto Hall planteado como un problema de electrostática, conduce a un problema con condiciones de frontera poco usuales, con esto nos referimos a que no caen en la clasificación de las condiciones de frontera más típicas: condiciones de Dirichlet, Neumann y Robin (también llamadas mixtas). El propósito de este trabajo es resolver por primera vez este problema usando el método de diferencias finitas generalizadas (GFDM, por sus siglas en ingles). El problema electrostático consiste en resolver el siguiente problema de valores de frontera. \begin{multline}\\ \nabla^2V=0 \\ V(x,y=h) = V_0 \\ V(x,y=-h) = -V_0 \\ \frac{\partial V}{\partial x} |_{x=0} = \lambda\frac{\partial V}{\partial y} |_{x=0} \\ \frac{\partial V}{\partial x} |_{x=L} = \lambda\frac{\partial V}{\partial y} |_{x=L} \\ \\ \end{multline} donde $\lambda=B_0/n\rho q$, $B_0$ es la magnitud del campo magnético uniforme, $n$ es el número de portadores de carga, $q$ es la carga eléctrica de los portadores, y $\rho$ es la resistividad eléctrica del material. El planteamiento usando GFDM, consiste en discretizar el dominio del problema usando nodos distribuidos uniformemente, para luego discretizar las derivadas parciales con el método de minimización Moving Least Squares en una expansión en series de Taylor.

Preparación y Caracterización Óptica de Películas Delgadas de CdTe Utilizando el Método de Baño Químico (CBD) y Deposición Química de Vapor (CVD)

En este estudio, se prepararon películas delgadas de telururo de cadmio (CdTe) mediante un proceso de dos etapas. Primero, se realizaron películas delgadas de carbonato de cadmio mediante el método de baño químico (CBD). Posteriormente, estas películas fueron sometidas a un proceso de deposición química de vapor (CVD), en el cual se evaporó teluro metálico para transformar las películas en CdTe, seguido de un tratamiento térmico para mejorar sus propiedades estructurales y ópticas. La caracterización de las películas se llevó a cabo utilizando la técnica de reflectancia difusa, con la cual se calculó la absorbancia aplicando el modelo de Kubelka-Munk. A partir de estos datos, se determinaron el bandgap y diversas propiedades ópticas fundamentales, tales como el coeficiente de extinción y el índice de refracción.

Diseño de una estructura cuasi-unidimensional con propiedades de aislante topológico

En este trabajo se presenta el diseño numérico de un material cuasi-unidimensional estructurado, con propiedades de aislante topológico para ondas elásticas. El diseño se obtuvo por medio de la ingeniería de bandas, utilizando software especializado basado en el método del elemento finito, llamado COMSOL Multiphysics. Este software resuelve el modelo 3D de las ecuaciones de la elasticidad para estructuras elásticas vibrantes. Se estudiaron las vibraciones de una estructura periódica, cuya celda unitaria está formada por dos resonadores elásticos acoplados. Se identificó una inversión entre bandas de frecuencias propias para ondas torsionales, como función del parámetro de acoplamiento entre resonadores. Los estados de borde, de la estructura diseñada, localizan las vibraciones (ondas mecánicas) en la interfaz entre dos fases distintas de la estructura periódica propuesta. Este sistema diseñado es un análogo mecánico de los aislantes topológicos para corrientes eléctricas, los cuales pueden conducir electricidad a través de su superficie, pero no a través de su volumen, que es la característica principal de los aislantes topológicos. Esta propiedad se debe a la geometría de la estructura, es decir, a su topología.

Propiedades magnéticas y de transporte eléctrico del sistema tipo pirocloro $\rm{Bi_2Ir_{2-x}Cu_xO_7}$

Los óxidos magnéticos, $\rm{A_2B_2O_7}$ , cuya estructura cristalina es del tipo pirocloro representan sistemas intrigantes debido a que su comportamiento magnético es altamente dependiente del arreglo geométrico de los momentos magnéeticos, en donde la presencia de frustración magnética juega un papel relevante. En este trabajo se presenta el estudio del efecto de la substitución de Ir por Cu en el compuesto tipo pirocloro $\rm{Bi_2Ir_2O_7}$. La susceptibilidad magnética como función de la temperatura , $\chi(T)$, indica una irreversibilidad magnética en las muestras dopadas con Cu. La resistividad eléctrica se estudio como función de la temperatura, $\rho(T)$. El análisis de la resistividad eléctrica, muestra que la resistividad se puede asociar principalmente a la dispersión generada por tres tipos de interacciones: electrón-electrón, electrón-fonon y electrón-magnon.

Desarrollo de un Sistema de Reciclaje de PET para Filamento de Impresión 3D

En México, el problema del manejo inadecuado del PET (polietileno tereftalato) ha alcanzado proporciones alarmantes, contribuyendo a la contaminación ambiental y representando un desafío significativo para la sostenibilidad. De igual forma la tecnología innovadora de impresión 3D cada vez es más popular, y se necesita de más insumos para su uso. En este contexto, la creación de un sistema que transforme el PET reciclado en filamento para impresión 3D emerge como una solución prometedora para reducir la contaminación por plásticos y fomentar la economía circular. A partir de esto se creó el prototipo de una máquina para lograr reutilizar botellas de PET. El proceso comienza con la recolección de botellas de PET, que se clasifican y limpian meticulosamente para eliminar impurezas. Luego, estas botellas se desglosan en tiras de material PET mediante un proceso de corte dependiendo del grosor de las botellas, por ejemplo, tiras de 4 mm se producen de un grosor de 0.45 mm, tiras de 5 mm se dan por un grosor de 0.40 mm, y así sucesivamente hasta tiras de 12 mm que se producen por 0.1 mm de grosor, de esa forma se asegura la uniformidad y calidad del material resultante. Posteriormente, las tiras se funden a temperaturas de entre 250°C y 260°C, crucial para asegurar una adecuada extrusión del PET. Este proceso transforma las tiras en filamentos de precisión, que deben cumplir con los estándares de calidad necesarios para su uso en impresión 3D. Una vez obtenido el filamento de PET reciclado, se utiliza en impresoras 3D, ofreciendo una alternativa sostenible a los materiales tradicionales y contribuyendo a reducir la huella de carbono de la fabricación aditiva. La aplicación de este sistema abarca desde la fabricación de piezas personalizadas y prototipos hasta la creación de productos finales, promoviendo la innovación y eficiencia en la industria.

Depósito de películas delgadas de perovskita de calcogenuro BaTi(OS)3 por ablación laser

Películas delgadas de BaTi(OS)3 fueron depositadas sobre substratos de cuarzo por ablación por laser pulsado a temperatura ambiente. Después del crecimiento, las muestras se trataron térmicamente 800°C durante 1 h en una atmósfera reactiva de CS2. Como material precursor se utilizó un blanco de BaTi(O0.3S0.7)3. Con el tratamiento térmico las muestras presentan una mejora en su estructura cristalina logrando cristalizar en una estructura de perovskita hexagonal típica del BaTiS3. Mediante EDX-RF se determinó la concentración atómica de Ba, Ti, S y O. Utilizando espectroscopia FTIR, se identificaron las bandas vibracionales, lográndose identificar con claridad los enlaces S-O. Las propiedades ópticas se exploraron espectroscopia Uv-Vis-NIR, observándose un alto coeficiente de absorción superior a 104 cm-1. Utilizando el método de Tauc se determinó el ancho de banda prohibida directo de 1.4 eV, lo que las hace ideales para aplicaciones como capa activa en celdas solares de perovskita.

Ingeniería de ancho de banda prohibida en películas delgadas de perovskita de calcogenuro $BaTi(OS)_3$

En el presente trabajo se presenta el depósito y caracterización de películas delgadas de perovskita de calcogenuro $BaTi(O_{1-x}S_x)_3$ . Las muestras fueron depositadas por Spin-Coating a temperatura ambiente y posteriormente tratadas térmicamente a 500 600, 700 y 800°C, durante una hora y bajo atmósfera reactiva $CS_2$. Tras el proceso, se determinó la composición elemental de las muestras obtenidas mediante espectroscopia de energía dispersada por fluorescencia de rayos X, encontrándose una concentración variable de azufre, siendo máxima para la muestra tratada a mayor temperatura. Utilizando difracción de rayos X, se obtuvieron las características cristalinas de las muestras. Todas las películas presentan una estructura de perovskita hexagonal. Finalmente, utilizando espectroscopia UV-Vis-NIR, se determinaron las propiedades ópticas de las películas, las muestras que presentaban más del 20 % de azufre mostraron un alto coeficiente de absorción que supera $10^5 cm ^{-1}$ en la región ultravioleta y mayor que $10^4 cm ^{-1 }$ para el resto del rango espectral medido. Además, utilizando el procedimiento Tauc, fue posible determinar la banda prohibida para las películas de $BaTi(O_{1-x}S_x)_3$ observándose que tiene una banda prohibida directa y el valor de esta se reduce gradualmente de 1.9 a 1.4 eV en función de la concentración de azufre en las películas.

Síntesis y caracterización de la bicapa Al2O3/ MgO por depósito en baño químico para su aplicación como capacitor metal-aislante-metal

Los óxidos metálicos dieléctricos como el SiO2, Y2O3, Al2O3 y MgO son importantes debido a la transición de la electrónica rígida basada en silicio a la electrónica flexible de bajo costo. Estos materiales están siendo estudiados recientemente por su aplicación en dispositivos electrónicos, como compuertas dieléctricas en capacitores MIS y transistores de película delgada. Una forma de comprobar el funcionamiento de estos óxidos metálicos dieléctricos es mediante el uso de un capacitor MIM, donde se mide la corriente de fuga del dispositivo para evaluar su posible aplicación como capa dieléctrica. La aplicación de películas delgadas en dispositivos flexibles requiere métodos de producción basados en soluciones debido a las bajas temperaturas de procesamiento. Sin embargo, el desarrollo de dieléctricos en forma de películas delgadas mediante procesamiento en solución está poco explorado, lo que limita la deposición de todas las capas que integran un dispositivo mediante el depósito en baño químico. El presente trabajo se enfoca en la elaboración de una bicapa basada en óxidos metálicos dieléctricos Al2O3/MgO. Estos materiales son atractivos debido a su abundancia en la corteza terrestre, baja toxicidad, amplio ancho de banda, baja corriente de fuga y alta constante dieléctrica, lo que los hace candidatos ideales para ser utilizados como capa aislante en dispositivos electrónicos. El estudio realizado abarca la síntesis de la bicapa, así como sus propiedades estructurales, morfológicas, ópticas y eléctricas.

Síntesis y Caracterización de Películas Delgadas de MgO Dopadas con Lantano (MgO:La) Mediante Depósito en Baño Químico

Hoy en día, se sabe que la quema de combustibles fósiles produce gases de efecto invernadero. Por ello, el uso de energías renovables para generar electricidad es cada vez más importante. Sin embargo, esta energía a menudo debe ser almacenada en baterías. Posteriormente, es necesario convertir el voltaje directo de las baterías a voltaje alterno mediante inversores, que están conformados por transistores. Del mismo modo, el incremento de la electromovilidad utiliza baterías, y el control del voltaje para los motores eléctricos se realiza mediante transistores. Las aplicaciones de los transistores son muy amplias y su buen funcionamiento depende del uso de materiales dieléctricos con alta constante dieléctrica y baja corriente de fuga. En el siguiente trabajo, se desarrolla la síntesis de una película delgada de MgO mediante la técnica de depósito en baño químico. A esta película se le incorpora el ion lantano para dopar el material (MgO:La). Se realiza un análisis de sus propiedades físicas, incluyendo las estructurales en la cual se observa la estructura cristalina correspondiente al MgO, morfológicas se observa una cobertura completa del sustrato con nanoparedes, ópticas se determina el ancho de banda mediante el método de tauc y en las eléctricas se obtiene la corriente de fuga para determinar su aplicación como capa dieléctrica.

Análisis de las Propiedades Electrónicas y Transiciones Topológicas de los Cristales CdTe y HgTe mediante DFT

En este proyecto, utilizamos la teoría funcional de densidad (DFT) a través del paquete Quantum ESPRESSO con el objetivo de describir y analizar las propiedades electrónicas de los cristales CdTe y HgTe, evaluando su potencial para aplicaciones en nuevas tecnologías. Empleamos una metodología que incluyó cálculos de relajación estructural y cálculos autoconsistentes (SCF). Nuestros resultados principales incluyen el diagrama de bandas electrónicas y las densidades de estados para ambos materiales. En particular, observamos una transición topológica en uno de los materiales estudiados, lo cual sugiere posibles aplicaciones en el campo de la espintrónica y en el desarrollo de materiales con propiedades electrónicas novedosas. Las conclusiones de nuestro análisis destacan la importancia de los cálculos de bandas en la predicción y optimización de materiales semiconductores y topológicos. Estos resultados no solo proporcionan una comprensión más profunda de las propiedades de CdTe y HgTe, sino que también abren nuevas vías para su utilización en dispositivos electrónicos avanzados. Además, investigamos la interfaz entre CdTe y HgTe para evaluar si las propiedades electrónicas de los materiales individuales se conservan o modifican. Nuestros estudios preliminares indican que la interfaz podría mantener algunas de las propiedades intrínsecas de cada material, sugiriendo potenciales aplicaciones en dispositivos heteroestructurados donde se requiere la combinación de características específicas de ambos materiales. Este trabajo es relevante para la tecnología ya que aporta conocimientos significativos sobre materiales con potencial para revolucionar la tecnología actual, especialmente en la creación de dispositivos más eficientes y funcionales.

Acoplamiento de canje anisotrópico en películas de CoFeB con la fase cúbica antiferromagnética del Mn3Ga

El desarrollo de memorias magnéticas no volátiles con acceso ultra-rápido a la información requiere de materiales con propiedades específicas que permitan miniaturizar el dispositivo y que sean robustos frente a perturbaciones magnéticas y térmicas. El Mn3Ga cristaliza en tres fases, la más estable a baja temperatura es la fase tetragonal que nuclea a partir de los 600 K, mientras que la fase hexagonal nuclea a temperaturas superiores a los 800 K. Por otra parte, la fase cúbica del Mn3Ga centrada en las caras tipo Cu3Au, es una fase termodinámicamente inestable que se obtiene de forma artificial en laboratorio bajo condiciones específicas de síntesis. Ésta resulta del desorden de los átomos de la fase tetragonal y posee un comportamiento antiferromagnético con anisotropía perpendicular al plano cuando se sintetiza en forma de película delgada. En este trabajo se sintetizaron apilamientos CoFeB/Mn3Ga, donde la fase antiferromagnética Mn3Ga se obtuvo de forma monocristalina mediante la técnica de pulverización catódica sobre sustratos de MgO. El ajuste de las condiciones, como potencia de pulverización y presión de trabajo, es crucial para no alterar la proporción Mn:Ga y que el acoplamiento ferromagnético-antiferromagnético en la interfaz CoFeB/Mn3Ga sea eficaz. Se determinó que las películas poseen una alta calidad cristalina a través de difracción de electrones y de rayos X. Se midió un desplazamiento del lazo de magnetización, M-H, del CoFeB en el eje del campo, H, lo que representa un fuerte acoplamiento perpendicular al plano, abriendo la posibilidad de explorar nuevos materiales antiferromagnéticos con anisotropía vertical, sustituyendo aquellos antiferromagnetos como el MnIr y el Mn3Ir basados en iridio que es extremadamente costoso y escaso en la superficie terrestre.

Efecto Hall Anómalo en películas monocristalinas del antiferromagneto no colineal Mn3GaN1-δ sobre GaN (0001)

Las memorias magnéticas de acceso aleatorio ofrecen en la actualidad la posibilidad de almacenar información de manera no volátil y acceder a la información en unos cuantos nanosegundos. Sin embargo, algunos efectos secundarios, como los campos desmagnetizantes, pueden perturbar la información en bits adyacentes. Una arquitectura revolucionaria y más simple de memorias no volátiles esta basada en materiales con estructuras topológicas de spin, como por ejemplo, las paredes de dominio, estructuras con quiralidad escalar de spin o skyrmiones. Los materiales antiferromagnéticos no colineales poseen propiedades topológicas debido, en algunos casos, a su estructura de spin, permitiendo la observación de efectos Hall anómalo y topológico. El Mn3GaN, es una antiperovsquita con una estructura de spin tipo Kagome en el plano (111) y una temperatura de Néel de 345 K la que permite utilizar el compuesto en aplicaciones prácticas en espintrónica. En este trabajo se reporta el crecimiento de películas delgadas monocristalinas de Mn3GaN1-δ sobre GaN (0001). El desacuerdo de constantes de red de 0.2% permitió el crecimiento del Mn3GaN1-δ con una baja densidad de defectos cristalinos. Se empleó difracción de rayos X y difracción por reflexión de electrones de alta energía para identificar la relación epitaxial y microscopía de fuerza atómica para observar la morfología de la superficie. La magnetización vs. campo magnético y temperatura son dependientes del contenido de N, lo que permitió manipular la resistividad Hall anómala y potencialmente su resistividad Hall topológica. Este material se perfila como un candidato importante para el desarrollo de futuras generaciones de memorias magnéticas.

Decorado de Nanotubos de Carbono con Nanopartículas de Plata y su Caracteización

Los nanotubos de carbono son nanoestructuras que cuentan con propiedades mejoradas comparadas con los materiales de carbono en bulto y estas propiedades se potencializan al decorarlos con nanoparticulas debido a que adquieren otras características y en el ámbito de las aplicaciones en sensores, se le atribuye mayor sensibidad para detectar cambios en moléculas químicas y biológicas, y dependiendo del tipo de la nanopartícula del decorado este proceso puede llegar a ser selectivo. En este trabajo se presenta el decorado de nanotubos de carbono de pared múltiple con nanopartículas de plata usando como material de partida nanotubos de carbono de pared múltiple y acetato de plata vía microondas. La caracterización se lleva a cabo con Difracción de Rayos X, Microscopía Electrónica de Barrido y Microscopía Electrónica de Transmisión. Como resultado se obtienen nanotubos de carbono decorados con nanopartículas de plata con tamaños en el intervalo de 3 a 12 nm.

Estudio de los efectos del tratamiento térmico posterior en películas delgadas de NbO depositadas por la técnica de erosión catódica reactiva DC para posibles aplicaciones biomédicas

En este trabajo se presenta el análisis realizado a las películas delgadas de NbO depositadas por la técnica de DC Sputtering. Los tratamientos posteriores al depósito fueron realizados en 3 tipos de atmosferas, las cuales fueron: atmosfera abierta, argón y en vació. Las películas fueron analizadas por las técnicas de XRD, espectroscopía UV-Vis y FTIR. Los resultados muestras el cambio de estructura amorfa a una fase cristalina después de los tratamientos térmicos posteriores

Estudio de las propiedades estructurales de películas delgadas de NbO depositadas a diferentes razones de potencia y flujo de gas oxigeno por la técnica de erosión catódica reactiva DC

En este trabajo se presenta el análisis realizado a las películas delgadas de NbO depositadas por la técnica de DC Sputtering. Se estudio el efecto de la potencia de deposito y el cambio de la razón de flujo de gas Ar/O2. Las películas fueron analizadas por las técnicas de XRD para obtener la estructura cristalina del material depositado, asi como espectroscopía UV-Vis y FTIR para obtener las propiedades ópticas y vibracionales de las películas delgadas con el fin de determinar su posible uso en aplicaciones biomédicas.

LiFe_{1-x}Ga_{x}Cr_{4}O_{8}: obtención, propiedades estructurales y magnéticas

Los óxidos con estructura cristalina tipo espinela tienen una fórmula AB_2O_4, donde A y B son cationes. Dado que en los sitios donde se encuentran los cationes se pueden introducir diferentes átomos, las propiedades físicas y químicas pueden modificarse [1], muchas de estas propiedades se encuentran relacionadas con el magnetismo. En los últimos años se han estudiado compuestos con estructura espinela doble, donde en el sitio A se pueden tener cationes con diferente número de oxidación, por ejemplo, LiInCr4O8 o LiFeCr4O8 [2-4]. Específicamente, el LiFeCr4O8 cristaliza en una estructura de espinela cúbica con un grupo espacial F-43m (no. 216), en los sitios A se encuentran los cationes Li1+ y Fe3+, mientras que en el sitio B se encuentra Cr3+. En este trabajo se hicieron sustituciones de Ga3+ en los sitios de Fe3+, se obtuvieron muestras policristalinas de LiFe_{1-x}Ga_{x}Cr_4O_8, con x = 0.00, 0.25, 0.50, 0.75 y 1.00, mediante reacción en estado sólido. La estructura cristalina se determinó por difracción de rayos X y refinamiento por el método de Rietveld. La susceptibilidad magnética de cada muestra fue medida en un intervalo de temperatura de 2 a 300 K bajo los modos ZFC (enfriamiento en ausencia de campo magnético) y FC (enfriamiento en presencia de campo magnético). [1] Y. Feng et al.,Results Phys. 35, 105379 (2022). [2] R. Saha et al., Phys. Rev. B 96, 214439 (2017). [3] Y. Okamoto et al., Phys. Rev. B 95, 134438 (2017). [4] Q. Zhao et al.,Chem. Rev. 117, 10121 (2017). Agradecimientos: Se agradece a la DGAPA-UNAM por los proyectos IA103923, IN100222, IN103923 y PE101723. Reconocemos el financiamiento del Departamento de Física, Facultad de Ciencias, UNAM. R. O. Escamilla-Guevara agradece el apoyo de IPN-PIFI y CONAHCYT.J. Vargas y E. Benitez agradecen la beca posdoctoral de CONAHCYT. Los autores agradecen a C. Minaud y F. A. Sarmiento por el apoyo técnico. También se reconocen las facilidades de cómputo del Centro de Supercómputo-DGTIC-UNAM.

Caracterización de la topografía superficial y dimensión fractal electroquímica de capas delgadas de SiN formadas por medio de magnetron sputtering RF sobre aceros de uso biomédico

La formación de películas delgadas por medio de magnetrón sputtering asistido por radio frecuencia es una técnica de amplío interés para la investigación debido a su capacidad de formación de capas delgadas con excelentes propiedades mecánicas, adherencia, composición y bajo desperdicio de material. Esta técnica incluso permite la formación de capas delgadas a temperatura ambiente, ampliando con ello el tipo de sustrato que puede ser empleado. Sin embargo, los parámetros de deposición influyen directamente en las propiedades obtenidas, por lo que es necesario el estudio detallado de las condiciones de formación para conseguir las propiedades adecuadas para la aplicación. Los aceros inoxidables del tipo 316L, presentan un elevado contenido de Cr que propicia la formación de una capa de óxidos compactos que pasiva la superficie del metal, ralentizando con ello, la corrosión. Sin embargo, se ha observado que la capa pasiva formada puede permitir la corrosión localizada del sistema, además de fenómenos de erosión asociados con el desgaste el acero inoxidable, llevando a la disolución del sustrato metálico y la liberación de iones metálicos perjudiciales para la salud humana. Para evitar este fenómeno se puede recurrir al uso de capas delgadas o recubrimientos que modifiquen las características superficiales del material. El SiNx es un material con alta dureza y resistencia a la corrosión, además de biocompatibilidad, el cual podría ser una alternativa para evitar dicha problemática. En este trabajo de investigación, se realizó la caracterización detallada de la influencia de los parámetros de deposición (temperatura y potencia de radio frecuencia) de recubrimientos de SiNx aplicados por medio de la técnica de MS-RF sobre acero inoxidable 316L en su composición, topografía superficial y dimensión fractal electroquímica. Los resultados muestran que los parámetros usados modifican las características topográficas de las capas delgadas formadas.

Influencia del substrato en la estructura y morfología superficial de las películas de Ferrato de Bismuto dopadas con Lantano

En este trabajo se presenta el análisis y discusión de la influencia del substrato en la estructura y morfología superficial de las películas delgadas de Ferrato de Bismuto, dopadas con Lantano al 5% y 20% (BLFO). Las películas delgadas de BLFO se obtuvieron por la técnica de Pulverización catódica por radio frecuencia (RF) en un sistema hecho en casa. La caracterización estructural se obtuvo mediante difracción de rayos X (XRD), donde el substrato mostro una gran influencia en la definición de la fase del material, así como un mejor acoplamiento de red con el substrato de Rutenato de Estroncio (SRO), a diferencia del uso del substrato de Silicio (Si-n). En correlación con este resultado, el análisis de las micrografías 2D y 3D, perfil y rugosidad promedio (Sa) de las películas delgadas, obtenidas por la caracterización de Microscopía de Fuerza Atómica corroboro esta influencia. Dichas características muestran que la estructura BLFO/SRO/Si es la ideal para aplicaciones donde el acoplamiento de red así como la morfología superficial sean propiedades determinantes. En el área de Energías renovables, una estructura de este tipo podría utilizarse como material fotoactivo (BLFO) y como electrodo (SRO).

Estabilidad de películas delgadas de perovskita de calcogenuro BaTi(OS)3 a alta temperatura

Películas delgadas de perovskitas de calcogenuro BaTi(OS)3, fueron depositadas por la técnica de spin-coating a temperatura ambiente, posterior al depósito las películas fueron tratas térmicamente por una hora a 400°C, en una atmósfera reactiva de CS2. La caracterización por difracción de rayos X reveló una estructura hexagonal de perovskita, típica del BaTiS3, para todas las muestras depositadas y tratadas térmicamente, mediante espectroscopia de energía dispersada por fluorescencia de rayos X, se observa que las películas delgadas presentan una concentración de 27% at. de azufre muy cerca de la estequiometria ideal (28% at.) para generar un ancho de banda prohibida de 1.4 eV, lo que las vuelve ideales para aplicaciones en celdas solares. Para estudiar la estabilidad de las películas delgadas ante cambios de temperatura, las películas delgadas fueron sometidas a un segundo tratamiento térmico por una hora a 100, 200, 300 y 400°C, expuestas al ambiente. Una vez realizado el segundo tratamiento térmico, se observa que la estructura cristalina se conserva, sin embargo la concentración de azufre disminuye ligeramente hasta 24% at. Incrementándose la concentración de oxígeno, para la muestra tatada a 400°C y aumentando el band gap hasta 1.6 eV, sin embargo las muestras tratadas a 100, 200 y 300°C son altamente estables.

Acoplamiento de modos plasmónicos en multicapas de fosforeno

Los materiales 2D son aquellos formados por capas extremadamente delgadas, a escala nanométrica, que se obtienen a partir de materiales 3D [1]. Uno de estos materiales que destaca por sus propiedades semiconductoras es el fosforeno, un material 2D compuesto por átomos de fósforo dispuestos en una red 2D corrugada [2]. El fosforeno exhibe propiedades semiconductoras, con un gap de energía ajustable que oscila entre los 0.3 eV y 2 eV, lo cual, lo coloca como candidato para aplicaciones en electrónica, optoelectrónica, termoelectricidad y nanotecnología [2]. 
El fosforeno ha demostrado ser soporte de plasmones de superficie, los cuales, son modificables y se propagan en las dos direcciones principales del fosforeno (armchair y zigzag) [3]. Estos modos plasmónicos pueden ser excitados mediante diversas técnicas, como rejillas de difracción, microscopía óptica de campo cercano y reflexión total atenuada. Mas aun, en analogía con el grafeno (material 2D conformado por átomos de carbono), se espera la existencia de modos guiados en bicapas de fosforeno y, en general, en multicapas de fosforeno-dielectrico [3,4].
En este proyecto, se plantea el estudio teórico de estas estructuras basadas en fosforeno en donde se demuestre la existencia de acoplamiento de los modos plasmónicos de monocapas de fosforeno, los cuales, se espera, sean sintonizables a través de la modificación de su nivel de Fermi a través de técnicas de dopamiento eléctrico (gate voltage). [1] S. Z. Butler, S. M. Hollen, L. Cao, Y. Cui, J. A. Gupta, et al., Progress, Challenges, and Opportunities in Two-Dimensional Materials Beyond Graphene, ACS Nano 7, 2898–2926 (2013).
 [2] Phosphorene: from theory to applications, A. Carvalho, M. Wang, X. Zhu, A. S. Rodin, H. Su, and A. H. Castro Neto, Nature Reviews Materials 1, 16061 (2016).
 [3] Tuning Infrared Plasmon Resonance of Black Phosphorene Nanoribbon with a Dielectric Interface, D. T. Debu et al. Sci. Rep. 8, 3224 (2018).

Estudio magneto-estructural de la fase metaestable $MnGe_{2}$ sintetizada sobre sustratos de MgO(001) mediante pulverización catódica

Cálculos de primeros principios han demostrado que los semiconductores magnéticos diluidos (DMSs) pueden integrarse en materiales semiconductores, ofreciendo heteroestructuras con propiedades electrónicas y magnéticas que incrementan el rendimiento de dispositivos espintrónicos. Sin embargo, se ha encontrado que los DMSs tienen una temperatura de Curie ($T_{C}$) muy baja. Durante la síntesis de DMSs basados en el sistema Mn:Ge se observó el crecimiento de nanocolumnas correspondiente a la fase metaestable $MnGe_{2}$ con una $T_{C}$ = 400 K. Se ha encontrado que el $MnGe_{2}$ tiene una estructura tipo C16 (simetría tetragonal I4/mcm), la celda unitaria no primitiva contiene 12 átomos; cuatro de Mn en las posiciones 4(a) y ocho de Ge en las posiciones 8(h). Este compuesto puede crecer epitaxialmente sobre sustratos de MgO(001) con un desajuste de red de -0.01%. En este trabajo reportamos el crecimiento de películas delgadas de MgO(001)/$MnGe_{2}$ obtenidas mediante el método reactive deposition epitaxy (RDE), utilizando la técnica de pulverización catódica conocida como sputtering. El método RDE consiste en un co-depósito de Mn+Ge sobre un sustrato de MgO(001), a una $T_{s}$ = 250 °C. El análisis de espectroscopía de energía dispersiva (EDS) presentó una composición atómica de 8.48% de Mn y 19.06% de Ge ($Mn_{0.85}Ge_{1.9}$), cerca de la composición de la fase metaestable $MnGe_{2}$. El análisis de microscopía de fuerza atómica (AFM) mostró la topografía de la superficie de la película delgada con un tamaño de grano relativamente homogéneo de 65 ± 5 nm, y una rugosidad superficial RMS de ~14.8 nm. Las mediciones de magnetización vs. campo magnético aplicado (M-H) se realizaron mediante el sistema de medición de propiedades físicas (PPMS). El ciclo de histéresis M-H en el plano (||), a 300 K y 2 T, presentó un ciclo de histéresis con una coercitividad $H_{C}$ = 0 T, la cual reveló la posible presencia de cristales superparamagnéticos.

Electromagnetic Waveguides on bilayer configurations based on phosphorene

The study of the optical properties of two-dimensional materials has been of great interest in the last decade. From the discovery of graphene, the search for new 2D materials led to the discovery of phosphorene, a 2D material obtained from black phosphorous. In addition to being a semiconductor, phosphorene has two principal directions: zigzag and armchair, leading to different optical responses depending on the orientation. In this work, we investigate the characteristics of electromagnetic waveguides in bilayer systems built of phosphorene layers, immersed in homogeneous dielectric, as a function of its density of charge carriers for TM polarization. We show that for low frequencies, it is possible to confine electromagnetic radiation whose characteristics could be modified by tunning the optical conductivity in phosphorene through gate voltage techniques.

Conductividad polarónica y iónica mediadas por un estado de relaxor en la weberita $Dy_{3-x}Sc_xTaO_7$ (0≤x≤0.15)

Los sólidos con fórmula $AB_3O_7$, cristalizan en tres tipos de estructuras que dependen del radio iónico de A, que generalmente es un metal de transición 3d. En este trabajo presentamos un estudio de las propiedades estructurales, eléctricas, magnéticas y de espectroscopia óptica de la solución sólida $Dy_3TaO_7$, en la que se han incorporado iones Sc˄3+ en los sitios de Dy. Las propiedades eléctricas muestras que en bajas temperaturas (100-400 °C) los portadores de carga son polarones, en tanto que en altas temperaturas (500-800 °C), se define una conductividad asociada con iones oxígeno. Entre estos regímenes de transporte eléctrico, existe un estado de relaxor dieléctrico que igualmente hemos caracterizado. Los estudios de la estructura cristalina se realizaron a cuatro diferentes temperaturas (25, 100, 150 y 300 °C), con la idea de descartar una transición estructural en el sistema. El sistema se comporta como un paramagneto de Curie-Weiss en el intervalo de 10-300 K.

Excitation of surface modes on black phosphorene configurations via ATR technique

Black phosphorene is a 2D material made of phosphorus atoms arranged in a 2D anisotropic lattice having two principal directions: zig-zag and armchair. In the THz regime, phosphorene can support surface modes for TM polarization which can be modified in their characteristics by modifying the charge carrier density. In this work, we investigate the excitation of surface plasmons using Attenuated Total Reflection (ATR) technique in Otto configuration. We have analyzed multilayer systems built of black phosphorene layers separated by thin dielectrics. As shown, plasmon coupling is possible in the range of a few tens of THz which can be excited using ATR configuration for different charge carrier concentrations. Numerical calculations are carried out for 1, 2, 5 and 10 layers of phosphorene.

Propiedades electrónicas de HfTiN

Los nitruros de metales de transición (TMN) poseen propiedades de superconductividad y de alta dureza, siendo ampliamente utilizados como barreras de difusión resistentes a la corrosión, contacto eléctrico, y en recubrimientos ópticos. El nitruro de hafnio (HfN) es un material sumamente estudiado actualmente debido a sus propiedades físico-químicas, pues posee alta estabilidad estructural y mecánica, térmica y química, siendo utilizado principalmente como aislante térmico para altas temperaturas, y como recubrimiento debido a su alto nivel de dureza, con un módulo de compresibilidad de entre 208 GPa y 210 GPa. Al ser dopado con Titanio presenta variaciones en su estructura dependientes del porcentaje de dopante dentro de la estructura cristalina (en este caso de tipo cúbica) y con ello variación de sus propiedades. Para estudiar estas variaciones en el presente proyecto se realizó un análisis teórico a partir de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT por sus siglas en inglés) siendo uno de los métodos de Física y Química computacional más útiles en la actualidad para calcular propiedades de estructura electrónica de sistemas con grandes cantidades de cuerpos, sean átomos o moléculas, permitiendo conocer las características de los sistemas estudiados e inferir sus posibles aplicaciones, a partir de cálculos ab initio. Dicho estudio se realizó mediante la suite de software integrado Quantum Espresso, que se basa en DFT, ondas planas y teoría de pseudopotenciales.

Determinación de la estructura electrónica en pozos cuánticos mediante el método dediferencias finitas

La ecuación de Schrödinger es una expresión fundamental en la física de semiconductores, la cual permite describir el comportamiento de electrones confinados dentro de un pozo potencial [1]. En particular, la solución de la ecuación de Schrödinger estacionaria unidimensional requiere de métodos numéricos eficientes y precisos para diversos tipos de potenciales. En este contexto, el método de diferencias finitas ha demostrado ser una metodología adecuada para abordar la resolución de esta ecuación, permitiendo obtener las energías y funciones propias del sistema [2]. En este trabajo se presenta la aplicación del método de diferencias finitas para obtener las autofunciones y autovalores de los pozos tipo rectangular, parabólico y triangular. [1] I. W. Sudiarta y D. J. W. Geldart, «Solving the Schrödinger equation using the finite difference time domain method», J. Phys. Math. Theor., vol. 40, n.o 8, p. 1885, feb. 2007, doi: 10.1088/1751-8113/40/8/013. [2] M. Jafarpour y D. Afshar, «Calculation of energy eigenvalues for the quantum anharmonic oscillator with a polynomial potential», J. Phys. Math. Gen., vol. 35, n.o 1, pp. 87-92, ene. 2002,doi: 10.1088/0305-4470/35/1/307.

Espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) en superconductores RE3Ba5Cu8O18 (RE = Y+3, Sm+3)

Los superconductores de fórmula general RE3Ba5Cu8O18 (RE = Y+3, Sm+3, Nd+3) son fases con estructura cristalina ortorrómbica con valores similares de celda unitaria. Dentro de esta familia de superconductores los más investigados han sido aquellos basados en itrio (RE=Y+3) donde se obtiene la fase superconductora Y3Ba5Cu8O18. Este trabajo se enfocó en el estudio espectroscópico XPS en los superconductores RE3Ba5Cu8O18 sustituyendo parcialmente Y+3 por Sm+3. Las fases superconductoras de alta Tc preparadas fueron Y3Ba5Cu8O18, (Y2Sm)Ba5Cu8O18, (YSm2), y Sm3Ba5Cu8O18, mediante el método de reacción en estado sólido. Se establecieron las condiciones para el dopaje óptimo de Sm+3 y contenidos de oxígeno empleando las curvas de equilibrio establecidas para Y3Ba5Cu8O18. Los estudios de DRX corroboran la formación de las fases con estructura ortorrómbica, concordando con lo reportado en la literatura. Mediante los estudios XPS se confirmó la valencia química de los elementos en los superconductores que es similar a lo reportado. Los espectros XPS del oxígeno en las muestras con samario muestran un cambio en el comportamiento al presentar un pico de menor energía que confirma la incorporación de Sm+3 en la estructura. El aumento en el número de tratamientos térmicos durante la síntesis en el compuesto Sm-358 (Sm3Ba5Cu8O18) modifica la valencia en la que se encuentra el cobre dentro de la estructura desde Cu+2 a Cu+3. Las fases secundarias fueron observadas primeramente en los patrones de difracción de rayos X, confirmado por XPS a través de la anchura media mayor a la que presenta el compuesto con una sola fase.

Adsorción de acetona por medio de nanoestructuras de germanio con dimensionalidad restringida para un posible diagnóstico de diabetes

Un aspecto clave en el tratamiento exitoso de la diabetes, un padecimiento que enfrentamos a nivel global, es su detección temprana. La acetona se produce debido al metabolismo de las grasas, que ocurre cuando el cuerpo sustituye la grasa por azúcar para generar energía. Las personas con diabetes producen un exceso de acetona cuando no hay suficiente insulina para transportar la glucosa a las células. Por lo cual, la concentración de acetona en el aliento de una persona sirve como un indicador de diabetes. Los materiales nanoestructurados presentan una gran relación superficie-volumen lo que permite controlar la reactividad química con moléculas externas y usarse como biosensores. En este trabajo se presenta un estudio con la teoría del funcional de la densidad, para determinar la adsorción de acetona (C3H6O) en la superficie de nanoestructuras de Ge. El modelo considera un nanoalambre, una monocapa y en la superficie interna de un nanoporo, así como el dopaje sustitucional de la nanoestructura con átomos de B, Al o Ga. Los resultados indican que las nanoestructuras dopadas con Al tienen una mayor energía de adsorción. Se estimó el tiempo de desorción de la molécula de acetona a diferentes temperaturas, y los resultados muestran que la monocapa dopada con Al tiene el tiempo de desorción más corto y es del orden minutos. Este estudio puede proporcionar información útil para el desarrollo de dispositivos de biodetección basados en nanoestructuras de germanio

Estudio de las propiedades magnéticas y electrónicas del compuesto superconductor TaC$_x$ con $x$=0.00, 1.25 y 1.50

El TaC es un superconductor tipo II con una temperatura crítica (T$_c$) de 10.3 K, un campo crítico bajo de 220 Oe y un campo crítico alto de 4.6 kOe. Se alcanza la temperatura crítica más alta para la composición estequiométrica. Los compuestos TaC se utilizan en aplicaciones industriales como recubrimientos duros sobre metales para fabricar herramientas de corte cementadas en sistemas aeroespaciales. En este trabajo, sintetizamos muestras policristalinas de TaC$_c$ con $ x$=0.0, 1.25 y 1.50 en un horno de arco bajo una atmósfera de argón de alta pureza. Las muestras se caracterizaron por difracción de rayos X (XRD). El parámetro de red obtenido a partir del refinamiento de Rietveld fue de 4.45466(2) angstroms para la muestra sin impurificar. Se realizaron curvas de magnetización en función de la temperatura en los modos ZFC y FC bajo un campo magnético aplicado de 80 Oe. La T$_c$ obtenida en este trabajo fue de 9.0 K para la muestra TaC. Se presentan las curvas de magnetización en función del campo aplicado medidas a 2K en donde se muestra confirma que el sistema es un superconductor tipo II. Además se realizaron cálculos de la estructura electrónica utilizando la teoria del funcional de la densidad (DFT) para poder relacionar la densidad de estados electrónicos con la temperatura crítica

Studies of the Ferromagnetic Heusler Alloy Co$_2$VGa

Abstract This study focuses on the ferromagnetic Heusler alloy Co$_2$VGa, which has attracted considerable interest due to its unique magnetic and transport properties. The goal is to develop an interface for spin control of Co$_2$VGa systems and develop spintronics technology. Introduction Spintronics is a emerging field that uses the internal spin of electrons to create new types of electronic devices. Heusler alloys, exhibiting half-metallicity at room temperature, are ideal candidates for spin-based applications. The Co$_2$VGa system offers exciting possibilities for spintronics. Methodology The Co$_2$VGa system was studied using first-principles calculations. Density of states (DOS) and band structure (BS) calculations were performed, revealing the spin polarization at the Fermi level (E$_F$), confirming its semi-metallic nature. DOS exhibits prominent role to understand the role of Co-3d V-3d and Ga-4p states. Spin-orbit coupling (SOC) was investigated using the Hubbard correction. Results The highest and lowest occupied energy levels of Co$_2$VGa were determined using Quantum Espresso. Band structure analysis shows that perturbations in the distribution of atoms affect the electronic and magnetic properties. Conclusions This study provides insight into the electronic structure and behavior of Co$_2$VGa. The next step is to use these insights to design interfaces for spin control in Co$_2$VGa systems, which could open up possibilities for superconducting spintronics.

Propiedades electrónicas de niquelatos de tierras raras con estructura del tipo Ruddlesden- Popper, $Tr_2NiO_4$ dopados con $Sr$ o $Ba$

Los sistemas de Ruddlesden-Popper son, estructuralmente, perovskitas laminares donde la estructura de perovskita $TrNiO_3$ crece a lo largo del eje $c$, separados por una unidad $TrO$ con estructura de sal de roca. Los compuestos $Tr_2NiO_4$ se pueden dopar con $M=Sr$ o $Ba$ ($Tr_{2-x}M_xNiO_4$). En este trabajo se presentan los resultados de los compuestos sin dopar y dopados con x=1, utilizando funcionales de la densidad (WIEN2k). En los cálculos se incorporó la $U$ de Hubbard. Se encontró que el estado ferromagnético es energéticamente más estable y que los sistemas dopados presentan un comportamiento del tipo mitad-metal.

Estudio mecanocuántico de aplicación del MoS2 como material de anclaje de polisulfuros de Li en baterías de Li-S

La batería de litio azufré (Li-S) ofrece una alta capacidad en el almacenamiento de energía eléctrica; sin embargo, los pocos ciclos de carga y descarga la ha limitado como sustituto de las baterías de iones de litio debido a la formación de polisulfuros de litio (Li2SX, X= 1, 2, 4, 6 y 8) y de anillos de azufre (S8). Algunas soluciones propuestas para evitar la formación de estos compuestos azufrados han sido el uso de diferentes electrolitos y materiales de anclaje, entre otros. En el presente trabajo se estudia mediante la Teoría de Funcionales de la Densidad la capa de MoS2 como material inhibidor de compuestos azufrados para reducir la captura de cationes móviles de Li. Para ello, se cuantificó la intensidad de adsorción de los compuestos de Li2Sx y S8 sobre las láminas de MoS2 a través del cálculo de los órdenes de enlace de Mayer, las energías de adsorción y los grados de quimisorción y fisisorción. Asimismo, se investiga un mecanismo de liberación de los cationes de Li promovido por el MoS2. Los resultados indican que la capa de MoS2 podría implementarse como material de anclaje de polisulfuros de Li y anillos de S.

Comparación de NiO y NiO/CuO para la detección de hidrógeno a temperatura ambiente

Con la creciente utilización del hidrógeno como energía en diversos sectores, como la energía verde, el transporte sostenible y la industria, surge una necesidad crítica de tecnologías precisas de detección de gas. Esto es particularmente crucial teniendo en cuenta que la presencia de hidrógeno puede provocar importantes riesgos de explosión. Los semiconductores, incluidos los óxidos metálicos, brindan capacidades de detección sensibles, robustas y rápidas a temperatura ambiente, lo que los hace ideales para la integración en sistemas de control destinados a optimizar el almacenamiento y transporte de gases. En este estudio, comparamos la respuesta eléctrica de sensores compuestos por nanopartículas prístinas de NiO con aquellos que incorporan CuO, así como de NiO-CuO para la detección de hidrógeno a temperatura ambiente. El óxido de níquel empleado fue comercial, mientras que el CuO se sintetizó mediante el método de Pechini. Los sensores se fabricaron en chips de electrodos interdigitados con una separación de 80 μm entre ellos y un área de detección que mide 10 x 5 mm. Después de la fabricación, se evaluaron como sensores resistivos y su cambio de resistividad se registró dentro de una cámara que contenía gas hidrógeno y aire cero como gas portador, simulando una fuga de hidrógeno. La morfología, estructura cristalina y propiedades resistivas de los polvos sintetizados se caracterizan mediante microscopía electrónica de barrido, microscopía electrónica de transmisión, difracción de rayos X, espectroscopia UV-Vis y efecto Hall. El sensor compuesto de nanopartículas de NiO-CuO muestra una respuesta más fuerte y rápida que las prístinas NiO y CuO a temperatura ambiente, lo que indica que podría ser un candidato potencial para un práctico sensor de gas $H_2$. También se está investigando la viabilidad de desarrollar un sensor óptico utilizando el interferómetro de Fabry-Perot con este compuesto.

Efecto del dopaje y la funcionalización en SnC bidimensional para el almacenamiento de hidrógeno

El hidrógeno es el elemento que más existe en abundancia en el planeta y en el universo considerado una de las mejores formas de resolver la demanda de energía, sin embargo, uno de los problemas de este, radica en la dificultad que tiene de ser almacenado. Varios estudios han demostrado como una posibilidad el uso de materiales bidimensionales de estado sólido, como el grafeno y los carburos similares al grafeno para almacenar moléculas de hidrógeno debido a la gran superficie extendida que también presentan. En este trabajo, mostramos las capacidades de adsorción de H2 en 2D-SnC dopado con B, Al y Ga y decorado con Cr. Los resultados del 2D-SnC dopado y decorado muestran una mejora adicional en las energías de adsorción de las moléculas de hidrógeno. Los resultados numéricos muestran cuando un átomo de Sn fue reemplazado por B, Al o Ga, fue energéticamente más favorable en comparación cuando se reemplaza el átomo de C. Una vez que la estructura fue dopada, los metales de transición adsorbidos tendieron a concentrarse sobre el átomo de Sn. Los resultados indican que los sistemas funcionalizados con Cr almacenaron hasta cuatro moléculas con energías de adsorción de 0.21 eV. Asimismo, se analizaron las capacidades gravimétricas de almacenamiento de hidrógeno, y las monocapas dopadas y decoradas con Cr podrían superar el 5.5% en peso. Por lo tanto, el 2D-SnC dopadas con boro y decoradas con Cr podrían considerarse para almacenar hidrógeno molecular.

PROPIEDADES ESTRUCTURALES, ÓPTICAS Y ELÉCTRICAS DE PELÍCULAS DELGADAS DE ZnO CO-DOPADAS CON Al-N

En el presente poster se presentará tanto la caracterización como el análisis de las propiedades estructurales, ópticas y eléctricas de películas delgadas de ZnO co-dopado con aluminio y nitrógeno (ZnO:Al,N) depositadas mediante la técnica de magnetrón sputtering asistido por corriente directa. Dicho análisis se realiza en función de la variación del flujo de N$_{2}$ en la atmósfera reactiva de sputtering. El efecto inmediato del aumento del flujo de N$_{2}$ en la atmósfera reactiva es el cambio en la dirección preferencial de crecimiento, pasando de ser altamente orientadas en la dirección (002) a ser altamente orientadas en la dirección (101). Además, con el aumento en el flujo de N$_{2}$ la transmitancia óptica promedio en la región visible de las películas delgadas de ZnO:Al,N disminuye y el borde de absorción se corre a mayores longitudes de onda debido a defectos profundos generados por la introducción de nitrógeno en la matriz de ZnO. Por otro lado, en los gráficos de Tauc se observa la presencia de dos band gaps, uno de ellos en un valor de 3.18 eV relacionado con el de óxido de zinc wurtzita y el otro en valores cercanos a 3.8 eV relacionado con una matriz de ZnO amorfo. Finalmente, la densidad de portadores de las películas delgadas de ZnO:Al,N es muy baja (en el orden de 10$^{14}$ cm$^{-3}$) debido a fenómenos de autocompensación entre impurezas donoras y aceptoras establecidas en la estructura de las muestras, por otro lado, las muestras resultaron ser altamente resistivas con resistividades en el orden de 10$^{3}$ $\Omega \cdot $ cm.

Transporte y termoelectricidad en superredes tipo Fibonacci basadas en bicapa de grafeno

Es bien sabido que en superredes tipo Fibonacci basadas en bicapa de grafeno se reduce y se fragmenta la transmitancia, fenómeno dependiente del ángulo de incidencia de los electrones en la superred. También se ha demostrado que la conductancia es modificada bruscamente por la aperiodicidad de la superred. Debido a lo anterior, en el presente trabajo estudiamos el transporte y la termoelectricidad en superredes tipo Fibonacci basadas en bicapa de grafeno, en regiones donde existen cambios significativos en la transmitancia y conductancia. Las propiedades termoeléctricas que se presentan son el coeficiente Seebeck, el factor de potencia y la figura de mérito. Mostraremos si la aperiodicidad de la superred mejora o no tales propiedades en comparación con una de tipo periódico. La metodología usada se basa en el método de la matriz híbrida y el formalismo de Sturm-Liouville para la obtención de la transmitancia y conductancia; así como de los coeficientes del transporte para el cálculo del coeficiente Seebeck, el factor de potencia y la figura de mérito.

Un estudio DFT de la adsorción de gases tóxicos en monocapas de SiGe decoradas con metales de transición

Hoy en día, la vida está amenazada por el cambio climático y la contaminación atmosférica que afectan a la flora y la fauna mundial. Los gases tóxicos como el CO, generados principalmente por procesos de combustión afectan en gran medida a la salud humana. Por esta razón, ha habido una investigación continua en el desarrollo de nuevos y mejores materiales que puedan detectar moléculas tóxicas o alternativamente, nuevos materiales que puedan atrapar estas moléculas y así eliminarlas del medio ambiente. Actualmente no se ha sintetizado el siligeno (SiGe), un material bidimensional compuesto por átomos de Si y Ge en cantidades iguales y con estructura hexagonal; sin embargo, los resultados de las simulaciones teóricas que se han reportado son bastante prometedores para el uso potencial de SiGe en las áreas de almacenamiento de energía y detección de moléculas. En este trabajo se presentan cálculos de la Teoría del Funcional de Densidad (DFT), que abordan la adsorción de moléculas toxicas de CO sobre monocapas de SiGe decoradas con átomos de Au, Ag y Cu, y se evalúa su uso potencial como detectores o trampas de gases tóxicos. Parámetros como las energías de adsorción (EA) entre las monocapas de SiGe decoradas con metales y las moléculas de CO son presentados en este trabajo. Los resultados sugieren la formación de un enlace químico entre el adsorbato y el adsorbente, en particular para los casos decorados con átomos de Au y Cu, cuyas energías de adsorción superan 1 eV, adicionalmente todas las energías de adsorción indican interacciones positivas entre la molécula de CO y el SiGe decorado con metales.

Estudio estructural y magnético del superconductor YBa2Cu3O7-δ transformado hacia un sistema de alta entropía

La cerámica superconductora YBa2Cu3O7-δ (YBCO) es transformada en una cerámica de alta entropía configuracional modificando la composición del sitio correspondiente al Ytrio. Se realizó exitosamente la sustitución equimolar de los siguientes 4 cationes: (Y, La, Dy, Er, Tm)Ba2Cu3O7-δ y mediante difracción de RX se constató la permanencia de la estructura cristalina base, aunque con una variación de volumen decreciente. Se presentan mediciones magnéticas MvsT para tres de los sistemas: YBa2Cu3O7-δ, (Y, La, Dy)Ba2Cu3O7-δ y (Y, La, Dy, Er, Tm)Ba2Cu3O7-δ. Se discute el comportamiento de la transición superconductora y los comportamientos magnéticos introducidos por los iones lantánidos.

Propiedades electrónicas y de adsorción de acetona del siliceno dopado

La acetona es un conocido compuesto orgánico volátil (VOC, por sus siglas en inglés) que se utiliza ampliamente en diferentes ámbitos industriales, domésticos y cosméticos. Sin embargo, puede tener efectos peligrosos para la vida y la salud humana. Además, su presencia en exceso en el aliento puede ser un biomarcador de la diabetes. Por tanto, es muy importante la realización de sensores sensibles y selectivos para el reconocimiento de acetona. Recientemente, la comunidad científica ha encontrado que los sensores de gas resistivos basados en nanoestructuras con una alta área superficial han demostrado ser eficaces en la detección de acetona en estado gaseoso, demostrando una alta sensibilidad, alta estabilidad y alta relación costo-beneficio. En este trabajo, analizamos la adsorción de acetona en siliceno prístino y dopado con B, Al y Ga, por medio de cálculos a primeros principios, basados en la teoría de los funcionales de la densidad. Presentamos un análisis de la configuración de adsorción, las energías de adsorción y las propiedades electrónicas de siliceno dopado y no dopado. Tras la adsorción de acetona, el siliceno sin dopaje, y dopado con B y Ga, muestra energías de adsorción con magnitudes muy similares, mientras que la adsorción en Al obtiene la energía de adsorción más grande en comparación con el resto de adsorbentes mencionados. La acetona siempre se quimisorbe. El siliceno dopado y no dopado podrían usarse para la captura y detección de acetona, lo que podría dar lugar a aplicaciones en el tratamiento médico de la diabetes.

Modulación de modo de cavidad en un cristal fotónico basado en un arreglo de celda unitaria Fibonacci

Los cristales fotónicos son estructuras muy importantes que nos permiten modular la transmisión de la luz. Sabemos que los cristales fotónicos son sistemas que se construyen a partir de una celda unitaria que se repite de forma infinita en base a diferentes materiales. Por otro lado, existen estructuras ópticas que estudian modos de cavidad. En este trabajo en particular, construimos una celda unitaria a través de dos materiales que siguen la serie de Fibonacci; rompemos la simetría del cristal fotónico al introducir una cavidad, la cual genera un modo de cavidad, el cual podemos modular cuando nuestra celda unitaria es generada a través de una estructura cuasi regular como la serie de Fibonacci. Nosotros encontramos que dependiendo de la polarización usada la modulación del modo de cavidad es distinta, por ejemplo, para la polarización TM, encontramos que al aumentar el número de generación de Fibonacci, los gaps se van desplazando a longitudes de onda mayores, también, al aumentar el número de generación de Fibonacci aparecen nuevos gaps los cuales son cada vez más angostos. También, cambiando el ángulo de incidencia de la luz, los modos de cavidad aumentan su transmisión y se posicionan en una longitud de onda menor. Además, al aumentar o disminuir el espesor de la cavidad, los modos de cavidad aumentan o disminuyen su transmisión y viceversa, y, además, estos se mueven a una longitud de onda mayor.

Efecto estructural y Ferroeléctrico de BiFeO3 por co-sustitución con Pr y Mn en películas delgadas

Se reporta el efecto de la sustitución catiónica de Pr y Mn en el material con estructura tipo perovskita; la ferrita de bismuto (BiFeO3) y su efecto en las propiedades piezo-ferroeléctricas. Los dispositivos ferroeléctricos como memorias no volátiles, capacitores, sensores, dispositivos piezoeléctricos y componentes ópticos necesitan materiales novedosos con ciertas cualidades. El BiFeO3 es un buen candidato para estos dispositivos por ser un material multiferroico y tener una temperatura de Curie (830 °C) y de Néel (370 C) por encima de la temperatura ambiente además de ser un material libre de plomo. En el presente trabajo se depositaron 5 películas delgadas de Bi0.85Pr0.15Fe0.97Mn0.03O3 con espesores desde 60 nm hasta 300 nm por medio de pulverización catódica con flujos constantes de argón y oxigeno de 14 y 6 cm3/min respectivamente, dichas películas fueron analizadas por difracción de rayos X para confirmar la conservación de la estructura romboedral, por microscopia electrónica de barrido para analizar la morfología, la caracterización de lazos de histéresis eléctricos mostraron buenos lazos coercitivos en muestras más gruesas con una polarización de hasta 5 µC/cm2 y por respuesta piezoeléctrica en la película más delgada (60 nm) se obtuvo un valor de d33 de 50 pm/V.

Relación entre el comportamiento cristalográfico y las propiedades magnéticas de cerámicas modificadas de BiFeO3

Se ha llevado a cabo un estudio detallado sobre las propiedades cristalográficas y magnéticas de cerámicas modificadas estructuralmente de BiFeO3, especificamente modificadas con bario, praseodimio, níquel y manganeso. El objetivo principal fue obtener cerámicas libres de fases secundarias y con alta densidad, debido a las numerosas aplicaciones de este material multiferroico, que incluyen memorias ferroeléctricas y multiferroicas, sensores magnéticos, actuadores, transductores, resonadores, celdas solares, catalizadores, dispositivos de spintrónica y moduladores ópticos. Para lograr este propósito, se ajustaron las cantidades de bismuto en exceso para compensar las pérdidas documentadas en estudios previos sobre la ferrita de bismuto. Se emplearon diversas técnicas de caracterización, como difracción de rayos X (DRX) con refinamiento Rietveld, microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de rayos X de energía dispersiva (EDS), espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR), análisis termogravimétrico (TGA) y un sistema de medición de propiedades físicas (PPMS) con sonda VSM. El refinamiento Rietveld reveló que la muestra, sin fases secundarias, cristaliza en un sistema tetragonal con parámetros reticulares específicos. Los valores de Rwp (7.93%), Rexp (6.43%) y χ^2 = 1.52 indican un excelente ajuste entre los datos experimentales y el modelo calculado. Las densidades de las muestras variaron en función del exceso de bismuto y la temperatura de tratamiento, registrando valores entre 3.7171 g/cm³ y 5.3427 g/cm³. En cuanto al comportamiento magnético, se observó una transición del débil antiferromagnetismo característico de la ferrita de bismuto pura a un comportamiento ferromagnético, con una magnetización que varió de 0.5 emu/g a 0.8 emu/g.

Propiedades optoelectrónicas básicas de monocapas de pristino y con vacancias

En la actualidad, existen o son creadas sintéticamente una gran cantidad de estructuras bidimensionales que están conformadas por una monocapa, bicapas o multicapas de un solo compuesto o de diferentes materiales, las cuales presentan propiedades interesantes desde el punto de vista de propiedades básicas o aplicadas. Debido a las propiedades físicas y químicas de uno de los alótropos de boro 2D (borofeno), como su excepcional complejidad estructural, dureza extrema y alta estabilidad química, por mencionar algunas, este material ha llamado mucho la atención para ser investigado recientemente, analizando sus potenciales aplicaciones. En este trabajo estudiamos el borofeno, calculamos sistemáticamente las propiedades electrónicas como la estructura de bandas y la densidad de estados para una monocapa de borofeno y para una monocapa de borofeno con vacancias. Los cálculos de las propiedades optoelectrónicas básicas los realizamos por medio de la teoría del funcional de la densidad.

Búsqueda in silico de surfactantes orgánicos para exfoliación de oro

Las nanoestructuras de oro son de gran interés por sus potenciales aplicaciones y se presentan en múltiples geometrías. Recientemente [1] se ha reportado la exfoliación de capas de oro de un solo átomo de espesor, conocidas como goldeno en analogía con el grafeno. Esta nueva forma alotrópica podría ser de gran utilidad si se encuentra una forma de producirla a gran escala. En el método propuesto en Kashiwaya et al., los reactivos utilizados en la separación química de las capas requieren compuestos orgánicos surfactantes como la cisteína. Estos compuestos contienen grupos funcionales metilo, amonio y tiol, cuya función es la de estabilizar las capas de oro, evitando su coalescencia. El mecanismo que les permite hacer esa función se basa principalmente en la reactividad relativa entre los reactivos y la afinidad de los grupos mencionados para enlazarse con la superficie del metal. Usando cálculos de dinámica molecular reactiva y DFT, simulamos la reacción de ataque químico en la superficie del oro en bulto y buscamos una molécula orgánica con la composición y geometría óptimas para evitar la formación de cúmulos y permitir la separación de monocapas estables de oro. Además, caracterizamos la evolución térmica de este complejo, así como sus tipos de enlace, morfología y su interacción con las capas de oro. [1] S. Kashiwaya, Y. Shi, J. Lu, D. G. Sangiovanni, G. Greczynski, M. Magnuson, M. Andersson, J. Rosen, and L. Hultman, Synthesis of Goldene Comprising Single-Atom Layer Gold, Nat. Synth (2024).

Germaneno poroso funcionalizado con litio para el almacenamiento de hidrógeno

El hidrógeno se destaca como una alternativa energética futura. Su gran eficiencia y lo amigable con el medio ambiente, lo hacen ser una de las mejores opciones para enfrentar el problema energético. Sin embargo, los métodos actuales para su almacenamiento son ineficientes y costosos. Es por esto por lo que el desarrollo de nuevos materiales con alta capacidad de almacenamiento, reversibles y con estabilidad cíclica es un tema de interés en el campo del suministro y almacenamiento de energía. En este trabajo, se llevan a cabo cálculos teóricos usando la Teoría del Funcional de la Densidad para estudiar las propiedades de adsorción de hidrógeno en germaneno poroso decorado con Li. Se investigan en detalle las energías de enlace entre las moléculas de hidrógeno y la monocapa, además, el análisis de las estructuras electrónicas y la capacidad de almacenamiento de hidrógeno molecular en los diferentes sitios de adsorción de la monocapa. Los resultados muestran que con el aumento de la de átomos de litio en la superficie de la monocapa, esta cambia de un estado de semiconductor a un estado conductor. El análisis de las configuraciones máximas de adsorción de hidrógeno molecular muestra que cuando el germaneno poroso esta funcionalizado con seis átomos de litio, se logran adsorber hasta tres moléculas de hidrógeno por cada átomo de litio (18 moléculas de hidrógeno). Por lo tanto, este estudio revela que el germaneno poroso funcionalizado con átomos de Li puede convertirse en uno de los materiales más prometedores para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de hidrógeno.

Propiedades de detección de nucleobases de ADN/ARN mediante nanoalambres de silicio para aplicaciones biomédicas

La detección de ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN) ha tenido un gran impacto en los campos de la investigación médica y biológica. En este trabajo, se presenta una investigación teórica de las propiedades electrónicas y de detección de nucleobases (adenina, guanina, citosina, timina y uracilo) de ADN y ARN en nanoalambres de silicio (SiNW) usando la Teoría del Funcional de la Densidad. Las energías de adsorción, las distancias de adsorción, las transferencias de carga, las estructuras de bandas electrónicas y las densidades de estados electrónicos se obtuvieron para las configuraciones de adsorción más estables de moléculas de ADN/ARN adsorbidas en SiNW. En todos los casos, la energía de adsorción sugirió que todas las nucleobases fueron quimisorbidas en los SiNW. El análisis del tiempo de recuperación sugirió que la citosina requiere de al menos siete años para separarse del nanoalambre a temperatura ambiente. Las nucleobases restantes se pueden retirar del nanoalambre a temperatura ambiente. Finalmente, el cambio en la conductividad de los compuestos de nucleobase-SiNW podría permitir la detección electrónica de las nucleobases. Los resultados numéricos indican que los SiNW podrían ser nanomateriales útiles para dispositivos de secuenciación de ADN/ARN.

Modelado de Orientación Preferencial Mediante Armónicos Esféricos para el compuesto de TiC

A través del análisis del perfil de línea de un patrón de difracción de rayos X (DRX) es posible monitorear la orientación preferencial, también conocida como textura. Existen varios métodos como el de Rietveld en combinación con el de armónicos esféricos usando una gran variedad de programas de acceso gratuito para obtener información de la textura en materiales. La motivación de este trabajo es proporcionar una ruta para visualizar la orientación preferencial a través de la figura inversa de polos para el compuesto de carburo de titanio TiC. El TiC posee una fase cubica con un parámetro de red a= 4.32 Å y posee una gran variedad de aplicaciones en la industria de los metales, principalmente como revestimiento. En la metodología se ha colectado un patrón de DRX usando un difractómetro marca Panalytical XpertPro con radiación CuK$\alpha$ (λ=1.54 Å) para el compuesto de TiC en un intervalo de 2θ: 20 a 80o con tamaño de paso de 0.017o. Este patrón de DRX se refinó usando el método Rietveld considerando una fase cúbica con grupo espacial Fm-3m No. 225. El programa que se usó durante el refinamiento es GSAS II, el cual permite a través de los armónicos esféricos obtener información de la figura de polos y de la figura inversa de polos. Por lo que, el método de armónicos esféricos en combinación con el método de Rietveld son herramientas que nos permiten, obtener información de la textura en materiales en particular para el TiC.