Simulaciones moleculares de cristales líquidos: efecto de la suavidad

Los cristales líquidos (CL) son de gran importancia en la ciencia y la tecnología. Sus diversas aplicaciones que van desde dispositivos electrónicos de imagen fija y dinámica, la creación de materiales hechos de polímeros tan resistentes como el acero, biosensores, y prototipos para fabricar tejidos sintéticos, han sido objeto de estudio ya que para entender todas las propiedades macroscópicas que permiten el desarrollo de las aplicaciones mencionadas, es importante entender su naturaleza a nivel microscópico. El costo de realizar experimentos motiva al desarrollo de nuevos modelos de interacción que son de utilidad en las simulaciones computacionales. El modelo más estudiado es el conocido como Gay-Berne, mismo que tiene la desventaja de ser caro computacionalmente. En éste trabajo mostraremos los resultados de un modelo de CL simulado con el potencial ANC y el factor orientacional característico de los CL. Mostraremos las fases obtenidas de este modelo como función de la suavidad y la razón de aspecto (largo/ancho) de la partícula mesógena.

Análisis estructural en entornos locales de cuasicristales de alta simetría

Estudiar el entorno local alrededor de una partícula arbitraria dentro de un sistema físico es uno de los puntos de partida para calcular algunas de sus propiedades, por ejemplo, su estructura de bandas electrónica o su conductividad térmica. Para el caso de los cuasicristales de alta simetría rotacional hemos obtenido, tanto de manera teórica a partir de argumentos geométricos como de manera numérica tras un análisis estadístico de una gran cantidad de vecindades locales de estos sistemas, la distribución de la distancia al primer vecino y la distribución del área de Voronoi de los sitios que conforman a las retículas cuasiperiódicas. Hemos encontrado que la distribución del área de Voronoi tiende a una distribución bimodal, mientras que la distribución de la distancia al primer vecino tiende a una curva universal, en la cual el 27.7% de los sitios de las retículas posee una distancia normalizada a su vecino más cercano igual a 1. De esta manera, observamos que la estructura local de los cuasicristales es no trivial, pero independiente de su simetría rotacional en el límite de altas simetrías.

Estado base del gas de Bose dentro de un cristal 1D imperfecto

Para un gas de bosones débilmente interactuante dentro de un cristal unidimensional imperfecto, estudiamos el efecto de introducir aleatoriamente múltiples vacancias sobre las propiedades del estado base del sistema. Para ello resolvemos la correspondiente ecuación Gross-Pitaevskii haciendo uso del método “Gradient Flow with Discrete Normalization”, también conocido como el método de tiempo imaginario. El cristal unidimensional imperfecto lo modelamos como un potencial Peine de Dirac al cual se le quitan varias deltas en posiciones aleatorias. En el caso de bosones sin interacción, la presencia de una sola imperfección [1] genera una brecha entre el estado base y el primer estado excitado del espectro de energías, y la magnitud de la brecha es función de la intensidad de la delta. Cuando prendemos las interacciones entre los bosones, la energía del estado base (GSE) crece proporcionalmente a la magnitud de la interacción. Al introducir las vacancias para una interacción g dada, la GSE disminuye casi linealmente como función de la proporción de vacancias hasta llegar al valor $g [\hbar^2/2ma^2]$ cuando hemos quitado todas las deltas. También observamos que al tener interacciones repulsivas entre las partículas la magnitud del potencial químico es mayor a la correspondiente GSE. Además las funciones de densidad de probabilidad pierden la localización de las partículas en las posiciones de las vacancias observada cuando no hay interacciones. [1] E. I. Guerrero et al., Congreso Nacional de Física 2022. Agradecemos el apoyo parcial del proyecto DGAPA-PAPIIT-UNAM IN114523.

Visualizando a la superficie de entropía como una alternativa al estudio de las transiciones de fase

De acuerdo a la termodinámica, el conocimiento de la entropía $S$, como función de sus variables naturales, energía $E$, volumen $V$ y número de partículas $N$, es decir $S = S(E,V,N)$, contiene absolutamente todas las propiedades termodinámicas de una sustancia pura. También lo tienen, por supuesto, las energías libres que son transformadas de Legendre de $S$. Por extensividad podemos escribir $S = V s(e,n)$, donde $s = S/V$, $e = E/V$ y $n = N/V$. Así, por las leyes de la termodinámica, la superficie $s = s(e,n)$ es cóncava, con primeras derivadas continuas y, como argüiremos en este trabajo, las transiciones de fase se presentan como discontinuidades y no-analiticidades de dicha superficie. Esta forma alternativa a la usual de la descripción de los fenómenos críticos ofrece ciertas ventajas y abre la posibilidad de resumir tales fenómenos en términos de las propiedades geométricas de la superficie s(e,n). Además de consideraciones generales, se discutirán en específico las superficies del fluido de van der Waals y de los gases ideales cuánticos de Fermi y de Bose.

Moléculas coloidales: un estudio computacional

Hoy en día existe un gran interés en el estudio del auto-ensamblado de materiales funcionalizados, ese estudio está inspirado en fenómenos de auto-ensamblaje que ocurren en la naturaleza; es una ruta de síntesis muy interesante para poder construir estructuras cada vez complejas y perfectas. En ciertos experimentos se han encontrado formaciones de cúmulos de partículas coloidales, y estas estructuras tienden a imitar modelos de moléculas convencionales formadas por átomos, y de ahí que se les dio el nombre de moléculas coloidales (MCs), las cuales fueron por primera vez enunciadas por Blaaderen en 2003. Una forma fácil de definir a las MCs es como un grupo de esferas, que en general, las describiremos usando la nomenclatura $AX_nE_k$ , donde A representa a la partícula central o núcleo de la molécula, mientras que $X_n$ representan a la partículas alrededor del núcleo, llamadas partículas satélites siendo $n$ un entero y representa el número de satélites alrededor de la partícula central A. Aquí $E_k$ es el espacio vacío y representa a los pares de electrones libres del átomo central. Remplazando las interacciones entre las MCs por potenciales intermoleculares ya sea con una parte atractiva y/o repulsiva, las cuales representan a las fuerzas que promueven el auto-ensamblado de las MCs en la naturaleza, esto nos permitirá conocer mejor los arreglos de las MCs y así poder emplear ciertos tipos de interacciones especificas para llegar a construir arreglos con propiedades funcionales. El principal objetivo de este estudio es, construir y caracterizar los diagramas de fases estables de algunos modelos de MCs ($AX_nE_k$) utilizando técnicas computacionales en función de su geometría molecular y la anisotropía energética por medio de potenciales continuos y/o discontinuos.

Diferencias en el comportamiento local de distintas definiciones de densidad de energía cuántica

Actualmente no existe una definición única de la densidad de energía en mecánica cuántica. Se han propuesto expresiones que difieren localmente entre sí, aunque todas integran al mismo valor de la energía esperada y satisfacen ecuaciones de continuidad. Esto, sumado al hecho de que haya muy poca discusión en la literatura sobre el concepto de densidad de energía en la mecánica cuántica, cómo definirlo, cómo evoluciona, si se conserva y cuál es su significado físico, ha resultado en que no exista un criterio "físico" para elegir cuál de estas expresiones es significativa y la decisión de cuál expresión usar se reduce a una cuestión de preferencia. Dado lo anterior, en este trabajo se proponen las condiciones mínimas que debe satisfacer la densidad de energía y discutimos dos posibles definiciones que satisfacen estas condiciones. Ilustramos una manera de interactuar con el sistema que distingue las distintas definiciones de la densidad de energía de forma local. Para ello, consideramos partículas un potencial de pozo unidimensional infinito cuyo tamaño varía en el tiempo. Mostramos que el trabajo medio realizado para cambiar el tamaño del pozo está directamente relacionado con el valor local de una de las densidades de energía en la frontera del sistema. Esta densidad puede interpretarse como la fuerza efectiva ejercida por la partícula en el pozo. La otra densidad es irrelevante, ya que se anula en las paredes del pozo.

Estabilidad lineal de un modelo ACC para flujo vehicular

Todos sabemos que la formación de congestionamientos viales es uno de los problemas más relevantes tanto a nivel social como ambiental, tanto en México como en el resto del mundo. Para el alivio de este problema, es importante modelar y estudiar al flujo vehicular para poder implementar estrategias de control efectivas y sistemas de transporte inteligentes (ITS), por sus siglas en inglés. Como parte de los sistemas inteligentes, se introducen los vehículos con sistema adaptativo de control de crucero (ACC). En el presente trabajo, mostramos como modelar este tipo de sistemas desde un punto de vista muy fundamental, la teoría cinética de los gases, y estudiaremos la estabilidad lineal del modelo tratando de interpretar nuestros resultados en términos de las observaciones reales.

¿Qué pasa si un caminante aleatorio obtiene el poder de elegir?

El caminante aleatorio es uno de los pilares de la teoría de probabilidad y sienta las bases del estudio moderno de los procesos estocásticos y el movimiento browniano. Consiste en una sucesión de pasos aleatorios dentro de un espacio definido. Se ha utilizado ampliamente para determinar el camino que sigue un ente cuyo comportamiento se puede describir por el azar, tal como la ruta que sigue un animal para conseguir alimento o el precio de un bien que fluctúa dentro de una bolsa de valores. En el presente trabajo se aborda al caminante aleatorio dentro de una red utilizando el paradigma del “poder de dos opciones”. Este enfoque supone una mejora en la evolución de dicho proceso, sin sacrificar muchas de las ventajas que implica el azar (localidad, robustez ante cambios estructurales). Para esto se le brinda al caminante el “poder de elegir” a cada paso el nodo vecino que le permita recorrer la red de la manera más óptima posible. La cantidad de información que posee el caminante para tomar su elección estará contenida dentro del parámetro $d$. Este parámetro modula la transición entre un proceso completamente aleatorio (caminante aleatorio simple, $d=1$) y un proceso en el que se tiene toda la información necesaria para que el siguiente paso sea el óptimo ($d\rightarrow\infty$). La piedra angular del estudio será el análisis del tiempo de cubrimiento, es decir, el número de pasos que le toma al caminante visitar todos los nodos de la red al menos una vez.

Termodinámica Molecular Cuántica

Se abordará el panorama general de teorías de Termodinámica Molecular y métodos de simulación molecular para el estudio de fluidos en bulto y confinados de interés energético, como el hidrógeno. En particular se presentará la utilidad del uso de integrales de Feynman para la descripción de propiedades termodinámicas y estructurales del hidrógeno, así como de fluidos que asocian por la formación de puentes de hidrógeno, como el agua, donde se ha encontrado que existe un acoplamiento importante entre el comportamiento cuántico y la dimensionalidad efectiva del sistema físico, inducido por el confinamiento

Auto-ensamblado de partículas anisotrópicas en un poro cilíndrico

En los últimos años se han realizado innumerables trabajos de investigación con el fin de entender y evaluar la fase de comportamiento de fluidos confinados en poros, especialmente en las aplicaciones de extracciones de hidrocarburos y en la importancia de la topología en sistemas confinados. El confinamiento y la geometría pueden imponer limitaciones del diseño de algún material aunque por otro lado pueden generar las posibilidades de crear nuevos materiales. En el presente trabajo se muestra el comportamiento de fases y la termodinámica de un sistema con anisotropía superficial (partículas Janus) confinadas en un poro cilíndrico este estudio se realizo computacionalmente aplicando el método de dinámica molecular(DM). Este análisis se efectuó a diferentes diámetros de poro, densidades y temperaturas, mostrando varias estructuras muy interesantes a discutir y analizar.

Energía térmica almacenada en materiales de fase micro-encapsulados

Los materiales de cambio de fase micro-encapsulados aumentan el área de contacto para aumentar la velocidad de transferencia de calor en el material. La alta intermitencia de la energía solar constituye un reto en el almacenamiento de energía solar para aumentar los factores de planta en la generación de energía termo-solar. En este trabajo, se estima la energía térmica almacenada y los tiempos de carga en sales micro-encapsuladas en cascarones de Carburo de Silicio y de varios espesores. En este estudio, se utiliza un modelo basado en un balance de energía térmica en todo el sistema, donde aparecen términos adicionales proporcionales a la entalpía del líquido y sólido, que no se encuentran en la ecuación de movimiento en la interfaz propuesta en la literatura. El modelo es más consistente con la conservación de la energía interna en sistemas adiabáticos, que los propuestos en la literatura. Finalmente, se muestra una comparación entre la energía térmica absorbida y los tiempos de carga con el modelo propuesto y los reportados en la literatura.

La Sismicidad como un proceso críticamente autoorganizado

En la segunda mitad de la década de 1980, Bak, Tang y Wiesenfeld acuñaron el concepto de criticalidad autoorganizada (SOC, del inglés) para explicar el comportamiento global de algunos sistemas complejos. Estos autores propusieron que sistemas dinámicos abiertos espacialmente extendidos consistentes de muchos componentes que interactúan a través de intercambios de fuerzas y energía evolucionan naturalmente por sí mismos a un estado crítico, sin escalas dominantes de longitud y de tempo. En tal estado, un evento pequeño puede iniciar una reacción en cadena que puede llevar a una catástrofe. Estos sistemas nunca alcanzan el equilibrio y evolucionan de un estado metaestable a otro. A principios de los 1990´s, Olami, Feder y Christensen (OFC)propusieron un modelo SOC que emula el desplazamiento relativo de dos placas tectónicas. Este modelo pudo reproducir la ley de Gutenberg-Richter de la sismicidad. nuestro grupo basado en modelos tipo OFC, ha podido adicionalmente reproducir algunas relaciones empíricas de la sismología, como es el caso de los diagramas Ruff-Kanamori y la ley de Utsu entre otras

Transporte y autoorganización de materia activa magnética bajo campos magnéticos sinusoidales

Los fluidos magnetoreológicos (MR) se han empleado en diversos ámbitos, desde la industria automovilística hasta la biomedicina. En el estudio de estos sistemas, generalmente se ha considerado la respuesta a un campo magnético uniaxial, sin embargo, los estudios sobre el efecto de la superposición de campos triaxiales sinusoidales recientemente ha atraído poderosamente la atención por los fenómenos emergentes que se generan. En este trabajo investigamos las propiedades de transporte y autoorganización de agregados de partículas que se forman en una dispersión magnetoreológica, que en presencia de campos rotantes triaxiales se comportan como materia activa magnética. Estudiamos estos fenómenos como función de la frecuencia del campo magnético aplicado y bajo diferentes condiciones de confinamiento espacial.

Estudio experimental del comportamiento de un sistema coloidal cercana a la pared y en bulto

El proyecto desarrollado destaca la relevancia de la mecánica estadística como una herramienta para comprender el comportamiento de sistemas coloidales y enfatiza el papel de las funciones de distribución, concretamente en el análisis experimental del comportamiento de un sistema coloidal cercano a la pared y en bulto, lo que implica analizar cómo las partículas coloidales se distribuyen y se comportan en diferentes condiciones. Esto se puede lograr utilizando técnicas y métodos de caracterización específicos. En este trabajo se empleará la microscopía de fluorescencia que permite visualizar las partículas coloidales mediante el uso de marcadores fluorescentes. Esto permite observar la distribución espacial de las partículas cercanas a la pared y en la región de bulto.

Simulación con dinámica browniana y solución de la ecuación de Orstein-Zernike para líquidos cargados usando el potencial de Wolf

Desde un punto de vista computacional, una descripción prometedora para fluidos estabilizados por carga es el llamado método de Wolf, que es más rápido que la técnica estándar de suma de Ewald. Utilizando simulaciones por computadora con el método de Monte Carlo, se ha demostrado recientemente que las funciones de correlación estáticas de electrolitos fuertes obtenidas con el potencial de Wolf satisfacen las reglas de suma de Stillinger-Lovett, que son una consecuencia del apantallamiento perfecto y están directamente relacionadas con la condición de electroneutralidad local y el apantallamiento electrostático en el régimen de Debye-Hückel. En esta contribución, el potencial de Wolf se adapta a simulaciones de dinámica browniana para estudiar tanto las propiedades estructurales como dinámicas de los fluidos cargados. Además, hemos resuelto la ecuación de Ornstein-Zernike con el potencial de Wolf bajo la relación de cerradura de HNC. La inclusión del potencial de Wolf en las simulaciones de dinámica browniana abre la posibilidad de estudiar interesantes fenómenos de transporte en el régimen de Reynolds y Peclet bajos, incluso en aquellos casos en los que las interacciones hidrodinámicas adquieren relevancia.

Condensación de Bose en un gas inhomogéneo en 2D: Una transición de fase de segundo orden

Se mostrará emergencia de la condensación de Bose-Einstein de un gas ideal confinado en un potencial armónico en 2D. Haciendo uso de las variables globales que describen apropiadamente las propiedades termodinámicas del gas inhomogéneo, el volumen y la presión armónicos, se analizan las susceptibilidades como función de la temperatura y el potencial químico, particularmente su comportamiento en la vecindad de la transición. Las curvas de dichas susceptibilidades revelan que la transición a la condensación es de segundo orden. Adicionalmente, la función de correlación densidad-densidad exhibe una longitud de correlación caracterizada por un comportamiento algebraico en el límite termodinámico. Esta última propiedad por lo tanto, también da cuenta de una transición de fase continua. Los exponentes críticos asociados a dicha transición sugieren una clase de universalidad propia del confinamiento armónico en dos dimensiones.

Implementación de la Teoría de Norma en la descripción del trueque en la región lacustre de Michoacán

En el estado de Michoacán se encuentran diferentes regiones donde se sigue conservando la cultura purhépecha, la región p’urhe (purhépecha) está dividida en cuatro grandes zonas, siendo Japóndarhu (Lugar del Lago), Eráxamani (Cañada de los Once Pueblos), Juátarisi (Meseta) y la Ciénaga de Zacapu. El trueque consiste en un intercambio directo de productos, sin necesidad de tener como intermediario el dinero. Bajo el supuesto de que nosotros podemos intercambiar productos de forma continua mientras haya interes por parte de otra persona en el producto ofrecido. En México, el trueque es una actividad que se sigue practicando, siendo en Michoacán, una actividad que continúa vigente, sobre todo para la cultura purépecha. En este trabajo, se propone una metodología no convencional para analizar la dinámica del trueque de Pátzcuaro, desde una perspectiva de la teoría de norma.

Diagramas de fase y puntos críticos de partículas Brownianas activas suaves

Las partículas Brownianas activas representan uno de los modelos más sencillos para describir y caracterizar sistemas con las particularidades de la materia activa. En tales sistemas ha sido posible observar una separación de fases inducida por la motilidad de sus partículas. Esta transición guarda un gran parecido con la transición de fase gas-liquido observada en sistemas pasivos, donde es bien conocido que el comportamiento de fase así como el punto crítico que delimita la coexistencia de fases depende directamente del potencial de interacción entre partículas. En este trabajo, por medio de simulaciones de Dinámica Browniana, se determina el comportamiento de fases y del punto crítico de partículas Brownianas activas suaves. Nuestros resultados indican que la suavidad de las partículas juega un papel importante en la morfología de las fases coexistentes, se observa que la fase densa es mas ancha si las partículas son más suaves, además, se requiere una mayor velocidad de autopropulsión para observar la separación de fases inducida por la motilidad.

Disipación en sistemas relativistas

En este trabajo se establecen las relaciones constitutivas para el flujo de calor y el tensor viscoso en un espacio-tiempo curvo. Para ello se plantea la ecuación de Boltzmann relativista en un espacio-tiempo general y se analiza la estructura de las relaciones flujos-fuerzas a primer orden en el parámetro de Knudsen. Las expresiones obtenidas son independientes del modelo colisional y dependen de la estructura de la solución de Chapman-Enskog considerada. Siguiendo el modelo tradicional, se concluye que la estructura del flujo de calor no es afectada por la curvatura mientras que el tensor de Navier-Newton presenta términos adicionales. Los coeficientes de transporte en este caso dependen de los coeficientes métricos y se establecen de forma general en el caso de una métrica diagonal. En la discusión se comentará sobre otras alternativas para la estructura de las fuerzas termodinámicas y las implicaciones físicas de las mismas.

Explorando el comportamiento de emulsiones mediante microdispositivos coaxiales y simulaciones numéricas

Se analiza el comportamiento de emulsiones utilizando microdispositivos coaxiales y simulaciones de Lattice Boltzmann. El diseño coaxial de los microdispositivos proporciona un control efectivo sobre la formación de emulsiones, lo que permite estudiar y comprender su dinámica en detalle. Por otro lado, las simulaciones basadas en el método de Lattice Boltzmann brindan una herramienta para analizar diversos aspectos de las emulsiones, como la dinámica de las gotas, su ruptura y coalescencia. Se discute el potencial de futuras investigaciones sobre emulsiones dobles, que pueden desempeñar un papel crucial como microcápsulas en sistemas de liberación controlada y otras aplicaciones de interés.

Hydrodynamic effects in the infection by viruses

Bacteriophages or phages are viruses that infect bacteria. Previous studies have shown how phage helps to regulate the human microbiota by fighting pathogenic bacteria. But unfortunately, the mechanisms how phages behave is not well understood. Such behavior occurs at mesoscopic scale, where experimental investigations can be challenging, thus computational simulations can provide effective means to address these challenges, since it is a valuable tool for studying the physical aspects of biological phenomena through numerical methods from a statistical mechanics perspective. We have proposed a numerical approach to try to understand the fundamental mechanisms of interactions between viruses and bacteria. We plan to study the adsorption of viruses in the membrane of bacteria and the dynamics of viruses close to the bacterium membrane. Additionally, due to the geometrical shape of phages, torque and orientational parameters are taking in count naturally. We are able to study both nematic and polar order of viruses, the radial distribution function, the mean-squared displacement and rotational diffusion which are closed related with the effect of infection and the system dynamics. We used LAMMPS (a free classical molecular dynamics code parallelized to used in either High Perfomance Computing), we have carried out DPD simulations to understand the key role of the hydrodynamic interactions in the mix of phages with motile bacteria. In this project we made mesoscopic simulations of viruses with a geometrical shape called dumbbell, these have two sides, one that represents the head of the bacteriophage and another one that represents the proteins that will interact with the proteins on the bacteria membrane. We have quantified both configurational and dynamic features of the viruses. We aim to shed light on the design of novel mechanisms for eradicating bacteria and provide an alternative approach to combat antibiotic-resistant bacteria.

Redes neuronales de Hopfield aplicadas a la simulación de la adsorción de átomos y moléculas de un gas en una superficie

Se presentan varias modificaciones a la red neuronal de Hopfield que ha sido desarrollada para simular la oxigenación de la hemoglobina en un alveolo. Ahora el propósito es explorar hasta qué punto es posible simular la adsorción de átomos o moléculas de un gas que ejerce una presión dada sobre una superficie. Se reformulan las tasas de transición y se modifica el número de espines de la red. Se estudia el proceso de avance hacia el equilibrio térmico y se obtienen curvas del porcentaje de material adsorbido respecto al tiempo algorítmico. Se demuestra que hay una tendencia hacia el equilibrio y que éste depende de la presión. Enseguida se obtienen isotermas mediante los promedios de las saturaciones respecto a la presión. También se calculan las desviaciones estándar de dichas saturaciones

Termodinámica de un gas de Bose con gap energético tipo BCS

La teoría BCS de la superconductividad predice una brecha energética en la relación de dispersión de los pares de Cooper, la cual decrece conforme aumenta la temperatura hasta desaparecer abruptamente en la temperatura critica superconductora T_c, el cual conduce a que el calor específico de los superconductores crezca exponencialmente cerca de T=0. En este trabajo suponemos que los pares de Cooper se comportan como bosones compuestos cuya energía como función de su momento del centro de masa es la de un gas ideal pero con una brecha energética que puede ser tipo BCS o BCS amortiguada que no se anula abruptamente en T_c. Con ambas relaciones de dispersión calculamos la temperatura crítica de CBE de los pares de Cooper así como sus fracciones condensadas y su calor específico, como funciones de la temperatura. Sobresale la aparición de dos rapideces para poblar el estado base, a temperaturas diferentes, que generan una fracción condensada escalonada. [1] J.J. Valencia and M.A. Solís, “Condensate fraction of a Bose gas with BCS gap”, en proceso. Agradecemos el apoyo parcial de la DGAPA, UNAM, a través del proyecto DGAPA-PAPIIT IN114523

Simualciones moleculares de potenciales discontinuos del tipo pozo triangular

Para construir una teoría completa acerca de la naturaleza de un fluido se debe partir desde primeros principios que expliquen la relación entre las propiedades macroscópicas y microscópicas del fluido. En la literatura se encuentra bastante información acerca de las propiedades que caracterizan al fluido en su estado de equilibrio y, aún así, se está lejos de comprender absolutamente esa conexión entre los niveles macroscópicos y microscópicos. Una de las principales características de la interacción entre las partículas que integran a un fluido son las fuerzas, tanto atractivas y repulsivas, las primeras varían con la separación entre los núcleos de las partículas y las segundas, se hacen presentes a distancias cortas. En este trabajo se usa la aproximación continua de un potencial de interacción molecular en 2D con una parte atractiva y una repulsiva, denominado pozo triangular. de esta manera, se logra hacer dinámica molecular y, así mismo, analizar sus diagramas de fase, punto crítico y estructura para distintas variantes del potencial, con el fin de contribuir al conocimiento de la naturaleza de los fluidos a partir de sus propiedades microscópicas y relacionarlas con sus propiedades macroscópicas así como explicar la relación que existe entre la forma del potencial de interacción molecular con el diagrama de fases correspondiente, no antes reportada en la literatura.

Variación de la componente gigante en función de la fracción de nodos eliminados de la red aeroportuaria de la República Mexicana

La robustez $\mathcal{R}$ de un grafo es un parámetro que cuantifica la vulnerabilidad de una red bajo ataque en alguno de sus nodos $n_j$ [1]. De acuerdo a [2] se define como la fracción de la componente gigante después de que se eliminan ciertos nodos ya sea de forma aleatoria o bien de forma específica dentro de la red. Usando esta definición y un script de programación en Python y NetworkX [3] analizamos la dinámica de la componente conectada principal de la red de tráfico aéreo de la República Mexicana cuando se realizan ataques objetivos y aleatorios en sus nodos. Asimismo, a manera de comparación calcularemos la fracción crítica de nodos eliminados $\tilde{f}$ en función de la densidad $\rho$ de la red para diferentes redes aleatorias usando el modelo de Gilbert [4] y la red de tráfico aéreo de la República Mexicana con el fin de decidir si ésta última es o no vulnerable a dichos ataques. [1] Schneider, C. M., Moreira, A. A., Andrade Jr, J. S., Havlin, S., y Herrmann, H. J. (2011). Mitigation of malicious attacks on networks. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(10), 3838-3841. [2] Posfai, M., y Barabasi, A. L. (2016). Network Science. Cambridge, UK:: Cambridge University Press. [3] Hagberg, A., Schult, D., y Swart, P. (2020). NetworkX reference. Release, 3, b1. [4] Gilbert, E. N. (1959). Random graphs. The Annals of Mathematical Statistics, 30(4), 1141-1144.

Termodinámica molecular de adsorción de fluidos

An extension of the statistical associating fluid theory for fluids interacting via Mie potentials (SAFT-VR Mie) and its two-dimensional version (SAFT-VR Mie 2D) is applied to describe the adsorption of associating fluids. The adsorption model assumes that the particle pair interactions in the adsorbed and bulk phases are described with the same Mie potential exponents (m-n). The system is divided into two subsystems: an adsorbed phase, and a bulk phase. In the bulk phase, the fluid is modeled as soft spheres interacting with a Mie intermolecular pair potential, and the particle-surface interactions are modeled by a planar wall. Results for adsorption isotherms of associating fluids in comparison with molecular simulation and experimental data are presented.

Coeficiente de difusión de fluidos tipo pozo triangular: Dinámica Molecular y su aplicación en fluidos reales

Mediante simulaciones de Dinámica Molecular en el ensemble canónico y la aproximación de fuerza constante se ha realizado un estudio sistemático de fluidos tipo pozo triangular en un amplio rango de estados termodinámicos. Se han determinado propiedades estructurales como la función de distribución radial g(r), termodinámicas como la presión P y de transporte como el coeficiente de autodifusión D, como función del rango de interacción del potencial de pozo triangular 1.4 ≤ λ ≤ 2.6. Los resultados son analizados como función de la temperatura y densidad del fluido. Además, empleando el potencial de pozo triangular y parámetros moleculares de fluidos reales como oxigeno O2, sulfuro de hidrógeno H2S, metano CH4 y fluorometano R41, determinamos las propiedades antes mencionadas y se discuten en detalle los resultados sobre el coeficiente de autodifusión. Demostramos que las propiedades de fluidos reales determinadas mediante Dinámica Molecular se encuentran en buen acuerdo con los resultados experimentales reportados en la literatura.

Thermodynamics properties of water employing statistical associating fluid theory for generic Mie fluids

The statistical associating fluid theory of variable range interacting via a Mie pair potentials (SAFTVR Mie) is applied to describe the thermodynamic properties of water. The Helmholtz free energy is expressed by using the Barker and Henderson perturbation expansion to the third-order, whilst the association between particles is described with the first-order perturbation theory (TPT1) of Wertheim. Thus, the thermodynamic properties and the vapour-liquid equilibria of water are calculated with the resulting SAFT-VR Mie equation of state; contrasting them as well with experimental data results and molecular dynamics (MD) simulation using the force field TIP4P/2005.

Microscopic Structure and Thermodynamic Properties of Water-Methanol Mixtures Using Molecular Dynamics Simulation

Isobaric-isothermal molecular dynamics (MD) simulation is used to obtain structure results and some physical properties of the binary mixture water-methanol. The water properties are calculated by using the TIP4P/2005 model and the four-point potential for methanol (MeOH-4P). We calculated the thermodynamic properties of the system at different molar fractions such as density, excess molar volume, excess enthalpy, surface tension, and static dielectric constant, coordination numbers, and the average number of hydrogen bonds between molecules of the constituent species. Finally, the self-diffusion coefficient is evaluated. All the obtained results with DM are compared with experimental data.

Simulaciones moleculares de fluidos core-shell confinados

Utilizando la técnica de dinámica molecular (MD) estudiamos el auto-ensamblado de partículas que interactúan con un potencial discreto por pares de doble hombro cuadrado (DSS) confinadas en un poro cilíndrico. Las configuraciones de equilibrio para el sistema fueron obtenidas a diferentes densidades y temperaturas. En todas las simulaciones, se hizo evolucionar el sistema desde una temperatura inicial (fluido isótropo) hasta una final (fluido ordenado), mediante decrementos $(\Delta T=0.02)$ tomando en cada paso las posiciones y velocidades de la temperatura anterior como condiciones iniciales del nuevo sistema y en este proceso se realizaron simulaciones a diferentes densidades. Debido a las dimensiones del cilindro de radio R $(=3.0\sigma)$ y altura h $(=40\sigma)$, a bajas densidades se observaron en el sistema estructuras quirales y aquirales con un sentido de rotación bien definido (levógiro o dextrógiro) y un orden de simetría (fold symmetry). Para analizar dichas estructuras, realizamos una transformación de coordenadas cilíndricas a cartesianas, de forma que las posiciones de cada partícula fueron mapeadas a un plano $h$ vs. $2\pi R\sigma$. Del análisis de las estructuras formadas se observaron distintas fases cristalinas las cuales fueron caracterizadas por patrones de difracción de rayos $X$ y otros parámetros de orden.

Congelando a Mpemba

Durante el proceso de congelación del agua, el agua pasa de una configuración poco estable, la fase líquida, a una configuración más estable, la fase sólida. Existen fases metaestables durante este proceso, en las que podemos observar fenómenos como agua sobreenfriada y el fenómeno de Mpemba. El propósito de este trabajo es corroborar la posibilidad de una relación entre el sobreenfriamiento y el fenómeno de Mpemba. Intentamos verificar si el fenómeno de Mpemba actúa como una suerte de antecesor del sobreenfrimiento en el agua. Este fenómeno solo lo hemos probando en $H_2O$, lo cual no indica que no se presente en otras sustancias. De las muestras analizadas en solo dos se presenta la sucesión descrita, mientras que en la tercera su ausencia se podría explicar, según creemos, por el cambio brusco en la presión atmosférica que ocurrió en el transcurso del experimento. Aún no tenemos la explicación definitiva.

Cálculo de la función de comunicabilidad Z y la centralidad de subgrafo para una red de aminoácidos de la proteína PLPro del SARS-CoV-2

El mecanismo de propagación del virus del SARS-CoV-2 se ha convertido en un tema central en las ciencias físicas y biomédicas desde su aparición como pandemia a finales de 2019 [1]. En particular, las proteínas conocidas como proteasas son de especial relevancia para la fabricación de tratamientos antivirales y/o potentes inhibidores ya que sus sitios activos son los responsables de la replicación viral [2]. Dado esto, en este trabajo analizamos mediante un enfoque de teoría de grafos y sistemas complejos la existencia cuantitativa de una correlación entre la ubicación de los sitios activos dentro de la estructura globular y las medidas de centralidad $C_i$ de la red de segundo y tercer orden. Para este fin, se modelaron las proteínas proteasas como redes tridimensionales de grafos ponderados con átomos de $C_{\alpha}$ como nodos y enlaces que determinan la interacción entre los átomos. Se calcularon sus respectivas matrices de adyacencia $A_{ij}$ para un radio de interacción $R_c$ específico y las medidas de centralidad correspondientes [3]. También se compararon las redes de proteasas con redes aleatorias y redes libres de escala. Los resultados arrojaron que las medidas de centralidad pueden predecir con una precisión media la ubicación de los sitios activos de las proteasas. [1] P. Zhou, XL. Yang, XG. Wang et al., Nature. 579, 270 (2020). [2] E. Estrada, Chaos. 30, 061102 (2020). [3] G.E. Aguilar y L. Olivares, Phys. Biol. 18, 066002 (2021).

Coeficiente de viscosidad de los gases diluidos relativistas para la transferencia del momento angular usando teoría cinética

Durante este último siglo, el estudio de la composición microscópica del universo ha incrementado de manera acelerada. Esto se debe a los experimentos de física nuclear que los grandes laboratorios, que existen actualmente, llevan a cabo [1]. Dichos experimentos tienen el enfoque de estudiar y analizar el comportamiento de los fluidos relativistas. En estos fluidos se origina un coeficiente de viscosidad que corresponde a una fuente de entropía para un rango dado en los parámetros relativistas z=kT/(mc^2 ). Asimismo, los fluidos relativistas pueden estar en un sistema turbulento en donde la aplicación del momento angular de transporte es de vital importancia para entender su conducta, como en los discos de acrecimiento. No obstante, la viscosidad de los fluidos no ha sido tomada en cuenta en la mayoría de los trabajos científicos cuando los efectos relativistas se vuelven notables. Este trabajo pretende llenar este vacío en la ciencia usando la teoría cinética para establecer un equilibrio en el momento angular junto con la ecuación de Boltzmann. Los resultados contribuyen a observaciones relevantes para los fluidos cosmológicos en ciertos escenarios y en temperaturas altas del plasma. Esta es la primera vez que el coeficiente de viscosidad es explícitamente introducido en el momento angular de un fluido en términos de la teoría cinética. Este efecto disipativo puede volverse importante en sistemas rotacionales que involucren a la métrica de Kerr. [1] García-Colín Schrer, L., Chacon Acosta, G. y L. Dagug. (2013) 100 Años De Teoría Cinética Relativista (1º ed.) [En línea] Ciudad De México: UAM. Disponible en: https://ixtlan.izt.uam.mx/leo/wp-content/uploads/2018/05/cien_teoria_cinetica.pdf

Fluctuaciones de trabajo y quenches en el oscilador doble clásico y cuántico

Tanto los sistemas clásicos como cuánticos exhiben fluctuaciones estadísticas alrededor de sus valores promedio debido a interacciones, perturbaciones externas o la naturaleza misma de los sistemas [1]. En procesos fuera de equilibrio, cuando las fluctuaciones se vuelven relevantes, surgen las relaciones de fluctuación, que las relacionan con las respuestas del sistema [2]. En este trabajo se discuten las fluctuaciones de trabajo —cuyo ejemplo paradigmático es la relación de Jarzynski [3]— empleando el protocolo llamado quench o evolución no adiabática dentro de una correspondencia clásico-cuántica [4]. Estos procesos son perturbaciones externas en las que se cambian los parámetros del sistema tan rápido que éste no puede ajustarse completamente a los cambios, provocando fluctuaciones de energía y trabajo [5]. Trabajos previos han estudiado las fluctuaciones de trabajo en quenches sobre el oscilador armónico [6], el cuártico [4], o el anarmónico impulsado fuerzas periódicas [7]. Sin embargo, el rol de las interacciones en las fluctuaciones de trabajo aún no es claro. Aquí se presenta un acercamiento al problema mediante el estudio de dos osciladores acoplados, empleando técnicas numéricas desarrolladas para el análisis de las distribuciones de trabajo en el oscilador armónico y el cuártico. Además, se discuten perspectivas para el estudio de las distribuciones de trabajo en sistemas interactuantes con más dimensiones y que exhiban caos dinámico [8]. [1] R. Klages, et al., Nonequilibrium Statistical Physics of Small Systems: Fluctuation Relations and Beyond (Wiley-VCH). [2] S. Joubaud, et al., J. Stat. Mech. P09018, 1742 (2007). [3] C. Jarzynski, C. PRL 78, 2690 (1997). [4] C. Jarzynski et al., PRX, 5, 031038 (2015). [5] F. Binder, et al., Thermodynamics in the Quantum Regime. (Springer, 2018). [6] S. Deffner et al., PRE 77, 021128 (2008). [7] M. Heerwagen et al., PRE, 102, 022121 (2020). [8] E. Ott. Chaos in dynamical systems. (Cambridge University Press, 2002).

Exponentes Críticos y fluctuaciones críticas en la vecindad de la transición a la condensación de Bose en 2D

La transición a la condensación de Bose-Einstein (BEC) de un gas ideal bidimensional confinado en una trampa armónica elude la prescripción del teorema de Mermin-Wagner el cual niega la existencia de orden de largo alcance en sistemas homogéneos con dimensión igual o inferior a dos. Dentro del Gran Conjunto Canónico analizamos la termodinámica de dicho gas en términos del volumen armónico que aparece en la ecuación de estado. En particular, determinamos el comportamiento de las susceptibilidades como la capacidad calorífica, la compresibilidad isotérmica y el coeficiente de expansión térmica, así como la función de correlación densidad-densidad, que registran la transición a la condensación. En particular, encontramos la divergencia de la longitud de correlación como la firma clave de que BEC en este sistema es una fase crítica continua.

Termodinámica dentro una incubadora de huevos de gallina

El proyecto consiste en el diseño e implementación de un controlador de temperatura para una incubadora de huevos de gallinas. Para que la incubación de huevos de gallina reproductora tenga éxito se tienen que cumplir con los parámetros de temperatura, humedad, ventilación y movimiento utilizados por un ave para su reproducción, es bien sabido que la temperatura ideal de la cáscara debe ser de 100,0°F (37,8°C). El sistema se elaboró utilizando como unidad de procesamiento central un microcontrolador PIC16F877A, el sensor de temperatura seleccionado fue el LM35 y el de humedad fue el DHT11 debido a su bajo costo, y como elemento final de control, un foco incandescente de 100 watts y un ventilador ya que el flujo de aire dentro de la misma es un factor fundamental en nuestra termodinámica. Nuestro proyecto fue desarrollado basándonos en una base previa el cual fue un microondas, nos guiamos en sus medidas y condiciones para la correcta implementación de los elementos antes mencionados generando así un sistema adiabático puesto que las temperaturas que contenemos internamente generan una retroalimentación al sistema y en caso de ser necesario el microcontrolador se adecua a subir o bajar la temperatura interna. Nuestro proyecto también fue previamente simulado y probado físicamente por separado confirmando su correcta funcionalidad dentro del circuito en conjunto.

Diagrama de fases de una mezcla acuosa saturación-sobresaturación: ¿En equilibrio o fuera de equilibrio?

En mezclas acuosas de polihidroxilados, a altas concentraciones y bajas temperaturas, el proceso de cristalización indicado por una transición de fase termodinámica no ocurre de manera espontánea. El estudio de estos sistemas es de gran importancia para aplicaciones en la industria farmacéutica, de crio preservación y de alimentos. Este tipo de soluciones se tornan sobresaturadas y alcanzan una región de transición vítrea, por lo tanto se ha mostrado que los procesos de relajamiento en estas condiciones pueden ser descritos mediante las formas empleadas para los líquidos sobreenfriados. En este trabajo se propone determinar la región intermedia entre el cambio de fase termodinámica diluida y el régimen sobresaturado, usando las propiedades de relajación de este último.

Estudio de la cristalización de un líquido sobreenfriado

Los líquidos sobreenfriados son líquidos que se enfrían por debajo de la temperatura de fusión sin solidificarse, las moléculas disminuyen su velocidad y las fuerzas de atracción entre ellas incremente. En la temperatura de fusión estas fuerzas son lo suficientemente fuertes para sobreponerse a la energía cinética de las moléculas y el líquido se endurece. Sin embargo si el líquido es enfriado lenta y controladamente, las moléculas pueden nunca tener tiempo de arreglarse en una estructura rígida y el líquido permanece sobre enfriado si no hay un catalizador que lo cristalice. Los catalizadores pueden ser: un minicristal, una vibración mecánica o radiación ultrasónica (ISIJ International, Vol. 50 (2010), No. 9). Al cristalizar el líquido sobreenfriado emite el exceso de energía en forma de calor por lo que son usados en la industria para reducir los costos energéticos. El acetato de sodio trihidratado es un sólido blanco altamente soluble en agua, Tiene su punto de fusión a 58°C. Es usado usado como fuente de calor para applicaciones que requeren temperaturas menores a 60°C. Una característica principal de el acetato de sodio trihidratado es que el material es facilmente llevado a un estado sobreenfriado entre -30°C y 30°C. En este trabajo caracterizamos la velocidad del proceso de cristalización para diferentes concentraciones de acetato de sodio en agua y para diferentes temperaturas.

Revelando las propiedades físicas del modelo $\mathbb{Z}_2$ Bose-Hubbard unidimensional con máquinas de Boltzmann restringidas

En este trabajo mostramos la capacidad de las máquinas de Boltzmann restringidas para aproximar el estado base de un sistema cuántico de muchos cuerpos. Estudiamos una cadena unidimensional de bosones acoplados a un campo $\mathbb{Z}_2$ de espines, que interactúan bajo el Hamiltoniano $\mathbb{Z}_2$ Bose-Hubbard. Nos restringimos al límite de bosones duros para caracterizar el estado base con llenado medio el cual posee básicamente dos fases: la primera es conocida como la configuración de Nèel; mientras que la segunda es una configuración totalmente polarizada del campo $\mathbb{Z}_2$.

Dispersión Estática de Luz en Glóbulos Rojos de la Sangre

En este trabajo se han obtenido mediante Dispersión Estática de Luz (SLS) propiedades estáticas tales como el Factor de Forma P(qR) y el Factor de Estructura S(qR) de Glóbulos Rojos (RBC) de la sangre humana. El Factor de Forma P(qR) se ha medido en una muestra a alto régimen de dilución, y se ha comparado con una predicción teórica. Este método nos permite determinar cambios geométricos en las RBC producidas por algunas enfermedades en la sangre. Por otra parte, hemos inducido artificialmente agregación de RBC con el objeto de mimetizar otros tipos de enfermedades, capaces de producir agregados en el sistema circulatorio. Estos agregados también han sido caracterizados por SLS para obtener un Factor Estático de Estructura S(qR).

Speed of information transfer in an array of rotating particles

This work numerically shows the wave of information that propagates in a system of interacting spins kept fixed in space. This is achieved by using Langevin dynamics in rotation and proposed interaction rule. Once the interaction takes place, its speed of information transfer is measured as a function of rotational inertia and rotational noise in the system.

Análisis de un fluido de discos duros através de la teoría de redes complejas

En este trabajo se representan a los primeros vecinos de un fluido de discos duros con una red compleja. Después se calculan algunas de las propiedades de esta red como función de la fracción de llenado del sistema de discos duros. Por ejemplo el grado promedio de los nodos y la distribución de grados. De tal manera que es posible definir la fracción de llenado del fluido en que la red de primeros vecinos percola. Esto nos permite reproducir algunas observaciones en la distribuciones de los primeros vecinos e identificar por lo menos 2 tipos de redes diferentes al aumentar la densidad del fluido que estas representan.

Simulaciones moleculares de mezclas binarias con potenciales discontinuos

En la naturaleza encontramos muchos materiales que se auto-ensamblan debido a las fuerzas que se ejercen entre sus constituyentes moleculares, esto nos permite diseñar modelos de interacción para poder entender y predecir la formación de nuevas estructuras estables y por lo tanto desarrollar nuevos materiales con aplicaciones específicas. En este trabajo mostramos resultados con la técnica de dinámica molecular, utilizamos potenciales continuos tipo core-corona en los ensambles NVT y NPT de sistemas tridmensionales de una mezcla binaria equimolar. Las interacciones entre partículas de la misma especie se modelaron con una interacción repulsiva tipo hombro-cuadrado (SS) de alcance $\lambda_R$ mientras que para las interacciones entre partículas de distinta especie utilizamos una interacción tipo pozo-cuadrado (SW) de alcance $\lambda_A$. En este trabajo mostramos los resultados obtenidos de los distintos sistemas como función del tamaño de las coronas $\lambda_R$ y $\lambda_A$.

Algunos modelos de optimización termodinámica para el diseño sustentable de plantas de concentración solar

En años recientes, se han promovido fuentes alternativas de energía para la generación de electricidad debido a su ventaja ecológica sobre las fuentes tradicionales (combustibles fósiles). A pesar de que estas tecnologías limpias tienen cero emisiones de gases de efecto invernadero, su operación está restringida indiscutiblemente por las Leyes de la Termodinámica. Entonces, su producción de entropía puede ser modulada por procesos de optimización energética. En este trabajo analizamos, dentro del contexto de la Termodinámica de Tiempo Finito (TTF), el desempeño energético sustentable de tres plantas de energía de concentración solar, caracterizando sus modos de operación a través de una función termodinámica llamada k—potencia eficiente. Además, el modelo usado corresponde a un motor térmico con leyes de transferencia fenomenológicas de radiación y conducción. La metodología empleada nos permite establecer un compromiso entre los modos de operación y algunos parámetros de configuración que mejoran el rendimiento de la conversión de energía solar. Por otro lado, se definen dos formas de establecer dicha optimización, mediante un proceso de "reconfiguración energética" o mediante una condición de "reestructuración energética", ambos pueden traducirse en cambios de diseño (en el tanque de almacenamiento térmico o modificando el área de heliostatos/receptores). Así, estos procesos óptimos permiten mejorar en general la sostenibilidad en los sistemas de energía solar.

Coloides axialmente simétricos en campos externos constantes y que varían con el tiempo

En el presente trabajo experimental, medimos la función respuesta (susceptibilidad magnética molar) de dispersiones coloidales axialmente simétricas a base de magnetita con un recubrimiento de hidróxido de tetrametilamonio. La suspensión coloidal en estudio se encuentra a dilución infinita y concentrada, su análisis dinámico y estático, se realiza en un montaje de dispersión de luz al aplicarle un campo constante en magnitud y sentido y también, un campo que varían en el tiempo. Encontramos que la función respuesta depende de la intensidad del campo magnético cuando este es constante, y de la intensidad y frecuencia del campo cuando este varia en el tiempo, medimos también la relajación magnética y el tiempo de respuesta del sistema coloidal para finalmente comparar con resultados en la literatura de sistemas coloidales parecidos.

Separación de la energía libre de Helmholtz en sus contribuciones posicional y orientacional a la transición hexática de un sistema finito: un estudio de dinámica molecular

Basado en un esquema termodinámico de equilibrio, este trabajo propone la separación de la energía libre de Helmholtz en sus contribuciones posicionales y orientacionales mediante teoría y simulaciones de dinámica molecular en dos dimensiones para un sistema de discos duros. Para la parte posicional se propone una versión bidimensional muy precisa de la ecuación de estado tridimensional de Carnahan-Starling, mientras que para la parte orientacional se propone una ansatz simple para la forma de la función de partición orientacional de una partícula rodeada por sus primeros vecinos más cercanos. La última expresión contiene información sobre la probabilidad con la que se alcanza un cierto valor del parámetro de orden séxtuple. Este parámetro de orden se usa frecuentemente para decidir si el sistema tiene la simetría necesaria para ser considerado hexático. La separación propuesta predice la existencia de una transición de fase fluido-hexática de primer orden mediante el uso de dos procedimientos: el primero, basado en una función de distribución de probabilidad puramente bimodal, produce presión con una transición de fase de primer orden similar a van der Waals, mientras que el segundo, basado en sobre la existencia de un equilibrio entre microestados producidos por fluctuaciones de densidad, resulta en una transición de fase de presión mucho más plana que aparentemente tiende a preservar estados metaestables como un lugar geométrico similar a la línea espinodal de una transición gas-fluido. Las simulaciones fueron realizadas con $N=4000$, $10^5$ y $10^6$ partículas utilizando un potencial continuo que reproduce de forma excelsa las propiedades de los discos duros.

Mesoscopic tailoring of vesicles. A computational study

In this study, we have employed a coarse-grained model to represent a suspension of lipids, using a mesoscopic approach, calling Dissipative Particle Dynamics (DPD), where every lipid is formed by beads, each bead represents a segment of the real molecule. Thus, there are both hydrophilic and hydrophobic beads in the same molecule. We have investigated different properties related to self-assembly of lipids. We have studied sistematically, the influence of the density and the numerical ensamble in the formation of either lipid bilayeres or vesicles. Therefore, the results obtained here provide valuable information on the self-assembly mechanisms and properties of these lipid bilayeres and vesicles, with this information, we can understand the main mechanism of formation of vesicles and to design new materials with less effort.

Estructuras algebraicas q-deformadas: Función exponencial y potenciales termodinámicos generalizados

En este trabajo, presentamos una propuesta en la que deformamos el espacio de coordenadas x → xq en una forma particularmente simple mediante una función de deformación paramétrica f(q, x) tal que f(0,x)=1. Esta transformación se genera mediante el operador diferencial estándar d/dx de tal forma que el nuevo operador diferencial q-deformado definido como Dq=f(q, x)d/dx satisfaga la misma regla de derivación que el operador diferencial estándar sobre la variable x, a saber dx/dx=1, entonces proponemos que Dqxq=1. Así, la nueva coordenada q-deformada xq resulta ser un cambio de variable xq=∫dx/f(q, x)+c(q) en la que la constante de integración c(q) es tal que se cumple la condición limq→0 xq=x. Esta nueva variable xq puede ser utilizada para proponer nuevas funciones q-deformadas Fq(x) generadas a partir de las funciones originales F(x) mediante la definición Fq(x)=F(xq). Por construcción limq→0 Fq(x)=F(x). La propuesta puede ser aplicada a cualquier función derivable F(x) usando una función de deformación apropiada f(q, x), de tal forma que el nuevo operador diferencial q-deformado Dq actúe sobre Fq(x) en la forma usual, a saber, DqFq(x)=dF(xq)/dxq. Como una aplicación de esta propuesta, se propone la función exponencial estándar F(x)=exp(x) para diferentes funciones de deformación f(q, x). Para el caso en que f(q, x)=1+qx se genera la función exponencial q-deformada expq(x)=(1+qx)´(1/q) y consecuentemente la función logarítmica q-deformada lnq(x)=(x´q - 1)/q las cuales han sido propuestas por diferentes autores para generalizar las funciones hiperbólicas así como en la generalización de la entropía [1] S=kln(W) → Sq=klnq(W) y otros potenciales termodinámicos. [1] E M F Curado and C Tsallis, Generalized Statistical Mechanics: Connection with Thermodynamics, J. Phys A; Math. Gen. 24, L69-L72, 1991.

Diseño, construcción y análisis de un motor de Stirling de bajo gradiente de temperatura

La República Mexicana cuenta con condiciones óptimas para aprovechar la energía solar (según, Solar Global Atlas). Esto quiere decir que la irradiación normal directa (IND) oscila entre los 3kWh/m^2 y los 8kWh/m^2, siendo prácticamente del doble cuando se compara con casi cualquier otro país en el mundo. Nuestro proyecto pretende aprovechar dicha ventaja geográfica de nuestro país para diseñar, construir y desarrollar un generador eléctrico que utilice la radiación solar como fuente de energía. Con el desarrollo correcto, este generador eléctrico podría alcanzar una eficiencia mayor que la de las celdas fotovoltáicas. En resumen, la energía mecánica de este sistema estará proporcionada por un motor de Stirling fabricado por nuestro grupo. La fuente de calor requerida por el motor se proporcionará a través de agua calentada por un calentador solar similar a los ampliamente usados para calentar agua de uso doméstico, aunque de mayor presión (también diseñado por nosotros). El diseño del motor de Stirling deberá tomar en cuenta el bajo diferencial de temperatura entre los focos frío y caliente. Por su parte, el diseño del calentador de agua deberá tomar en cuenta una mayor presión (respecto a los calentadores domésticos) para lograr alcanzar mayores temperaturas, con el fin de mejorar el desempeño del motor de Stirling. Este proyecto consta de tres partes: i) el diseño, construcción y análisis del motor de Stirling, ii) el diseño, construcción y desarrollo del calentador solar de agua, que tomará en cuenta una presión mayor que los calentadores domésticos y iii) la conexión del motor de Stirling y el calentador solar. Finalmente se añadirá el generador eléctrico acorde a las mediciones de potencia que resulte del dispositivo desarrollado. En el trabajo presentado para este congreso se muestran los resultados del primer punto; diseño, construcción y análisis del motor de Stirling de bajo gradiente de temperatura.

Modelo de un motor browniano usando partículas granulares

En este proyecto estudiamos experimentalmente la dinámica de partículas granulares magnéticas que se comportan como partículas de un gas. Utilizamos diferentes figuras geométricas (discos dentados, cuadrados,triangulos etc.) para analizar la dinámica que estas partículas les transfieren. Las partículas chocarán con el disco haciéndolo girar en diferentes direcciones. Analizamos la rotación del disco en presencia y ausencia de líquido, cuando se mueve libremente por el espacio y cuando está fijo en un punto. Compararemos este sistema con una máquina molecular celular y una matraca browniana.

Propiedades interfaciales de un fluido de esferas duras en contacto con una pared curvada

Se analiza un fluido inhomogéneo que se encuentra formando una interfaz de forma arbitraria. Se calcula la expresión de la diferencia de presión enre las fases, la cual depende de la curvatura media y Gaussiana. El resultado se aplica a un fluido de esferas duras para obtener las propiedades interfaciales del sistema.

Efectos de la morfología de poros durante el transporte de electrolitos en la obtención de curvas corriente-voltaje para aplicaciones en celdas electroquímicas

Las celdas electroquímicas son dispositivos capaces de convertir la energía química almacenada en energía eléctrica, esto debido a que algunos materiales en presencia de electrodos electrocatalíticos pueden llevar a cabo reacciones redox que producen una corriente. En este trabajo se presenta un estudio teórico de los efectos que tiene la morfología de los canales porosos que conforman a los electrodos en celdas de combustible sobre las curvas corriente- voltaje características del sistema. El objetivo principal es conocer cuál es el efecto que tienen los cambios en la morfología de los poros haciendo una comparación directa en la respuesta de corriente obtenida en los voltagramas propios del sistema considerando puramente efectos difusivos de transporte y procesos de adsorción-desorción que se puedan llevar a cabo durante la reacción electroquímica. Para esto, se hace uso de simulaciones computacionales que replican los efectos de transporte debido a la difusión mediante una simplificación dimensional que usa la ecuación de Fick-Jacobs y el uso de métodos numéricos para acoplar y resolver simultáneamente las ecuaciones diferenciales parciales y ordinarias debidas a los efectos de transporte difusivos y a la cinética de las reacciones. Las simulaciones se hicieron comparando los efectos de los cambios en la morfología inicial en un sistema con una reacción electroquímica general y un sistema con un modelo de celda de combustible de metanol previamente propuesto. Agradecemos a los proyectos UNAM-DGAPA-PAPIIT IN113523 y LANCAD-UNAM-DGTIC-276, así como el apoyo técnico de Alejandro de León Cuevas, Alejandro Ávalos y Luis Alberto Aguilar Bautista del LAVIS-UNAM. RFSM agradece a CONAHCYT por la beca nacional de posgrado.

Simulación molecular de la estabilidad termodinámica de nanocristales

Las nanopartículas de oro (AuNP) son ampliamente utilizadas en diversas aplicaciones, debido a sus propiedades electrónicas y ópticas únicas. Estas propiedades están estrechamente relacionadas con el tamaño, la forma y su química de superficie, las cuales son controladas durante su síntesis. El citrato de sodio y el ácido ascórbico son los agentes reductores comúnmente utilizados en esta síntesis, debido a su biocompatibilidad y capacidad para estabilizar las nanopartículas. En particular, las propiedades térmicas de las AuNP son de gran importancia en aplicaciones como la nanoelectrónica, donde la disipación de calor es un factor crítico. En este contexto, las herramientas computacionales mecánico cuánticas pueden brindar información sobre la estabilidad térmica de las AuNP con diferentes agentes estabilizantes, así como ayudar a una mejor comprensión de sus propiedades electrónicas y sus características específicas desde el punto de vista termodinámico que rigen los fenómenos observados experimentalmente. En el presente proyecto, se busca explorar las propiedades electrónicas y el comportamiento termodinámico de diferentes agregados y formas de AuNP utilizando la teoría de funcionales de la densidad (DFT). Además, se calcularon los efectos del pH, las propiedades reductoras del ácido cítrico y el ácido ascórbico como agentes reductores, así como el impacto de la temperatura en la geometría de diversos agregados de AuNP y el efecto de los ligandos en la estabilidad termodinámica de las mismas. Agradecemos a los proyectos UNAM-DGAPA-PAPIIT IN113523 y LANCAD-UNAM-DGTIC-276, así como el apoyo técnico de Alejandro de León Cuevas, Alejandro Ávalos y Luis Alberto Aguilar Bautista del LAVIS-UNAM, y de Beatriz Marcela Millán Malo del CFATA-UNAM. Miguel Ángel Cortés Cuán agradece a CONAHCYT por la beca de posgrado.

Eficiencia a máxima potencia de los ciclos tipo Otto y Joule-Brayton considerando disipación interna

Los ciclos de potencia son máquinas térmicas diseñadas para convertir energía térmica en energía mecánica. La termodinámica se encarga del estudio de su funcionamiento, proporcionando los principios y leyes que rigen su desempeño energético. En la literatura existen modelos teóricos de ciclos de potencia que establecen ciclos ideales como referencia para comparar el rendimiento de los ciclos reales. Estos modelos consideran factores de disipación que permiten obtener estimaciones más cercanas al desempeño observado en las máquinas reales que operan según diferentes ciclos, como el Otto, Joule-Brayton, Diesel, Stirling, entre otros. En este trabajo se analiza el desempeño de un motor térmico que opera según los ciclos Otto y Joule-Brayton, utilizando un enfoque conocido como Low Dissipation propuesto en 2010 por Esposito et al. Este enfoque considera efectos disipativos de primer orden y toma en cuenta que un par de las etapas del ciclo se realizan en tiempos finitos. Además, se considera una forma de irreversibilidad llamada fricción disipativa interna en los dos procesos "adiabáticos" del ciclo. La eficiencia a máxima potencia se localiza entre dos límites asimétricos $\frac{\eta_{J/O}}{2}$ y $\frac{\eta_{J/O}}{2-\eta_{J/O}}$, donde $\eta_{J/O}$ es la eficiencia del ciclo de Otto (Joule-Brayton) ideal. Es importante enfatizar que aún y cuando no se considere la fricción disipativa interna las cotas anteriores son generales. Adicionalmente, encontramos que si la disipación, de los dos procesos “isocóricos” (“isobáricos”) y los dos procesos “adiabáticos” de ambos ciclos, son simétricos; el tiempo de duración en dichos procesos cumplen una relación particular única, la cual asociamos a una eficiencia tipo Curzon-Ahlborn.

Desarrollo experimental de movimiento Browniano de partículas activas

En este trabajo se realiza el estudio experimental a través de la simulación computacional, en el programa de MATLAB y Python, del comportamiento de una partícula dipolar activa y no activa con un potencial de esfera suave en un campo externo, y también, para dos partículas. Para ello, se resuelven las ecuaciones de movimiento dado este sistema, haciendo uso de la ecuación de Langevin y Smoluchowski, es decir, Dinámica Browniana. Se presentan los resultados del código construido, y dadas las condiciones iniciales, el estado final de éste sistema, recaerá en una estructura diferente a la inicial debido a la autopropulsión, observando una trayectoria helicoidal.

Simulaciones computacionales empleando dinámica molecular para el cálculo de propiedades de transporte y equilibrio de mezclas de iones con agua

En este trabajo se utilizó dinámica molecular (DM) para obtener propiedades estructurales y dinámicas de sales como NaBr, KBr, NaCl, KCl, Cd(NO3)2 y Cu(NO3)2. Se calcularon diagramas de molalidad - densidad, funciones de distribución radial de los iones, coeficientes de auto-difusión y viscosidad. Adicionalmente, se realizó una comparación entre el force field del modelo Madrid-2019 para el modelo de agua TIP4P/2005. Finalmente se realizarán comparaciones de los resultados de simulación empleando DM con datos experimentales de las sales acuosas reportados en la literatura