Transition metal dichalcogenides: properties and applications

During the first part of this talk I will give a brief and general introduction to 2D materials. Then I will discuss the methodology used to synthetized molybdenum disulfide (MoS2) monolayers using alkali metal halides (AMH), in particular, I will show the impact of the use AMH promoters on the structural and optical properties of MoS2 layers. Finally I will talk about a novel optoelectronic device to control in real time the photoluminescence emission by excitonic resonance of atomic thin MoS2 monolayers with gap-surface-plasmon (GSP) metasurfaces.

Estudio de primeros principios de las propiedades magnéticas de cúmulos neutros A@Sn$_{12}$ (A = Fe, Co, Ni, Cu, Pt)

En este trabajo presentamos un estudio de las propiedades magnéticas de cúmulos neutros A@Sn$_{12}$, dentro del marco de la teoría de la funcional de la densidad implementada en el código VASP. El potencial de correlación-intercambio está en la forma PBE en la aproximación del gradiente generalizado. Nuestros resultados muestran que el estado de mínima energía de todos los cúmulos considerados es un icosaedro y su magnetización corresponde al valor del momento magnético de la impureza A. Hemos tomado el efecto espín-órbita para estudiar la anisotropía magnética y la contribución del momento angular orbital L al momento angular total, J. Para el sistema Fe@Sn$_{12}$, L contribuye al valor de J, este resultado está en desacuerdo con el resultado experimental donde es nula la contribución del momento angular orbital.

Evaluación fotocatalítica del SrTiO$_{3}$ dopado con bismuto

En este trabajo, fotocatalizadores de SrTiO$_{3}$ dopados con bismuto fueron sintetizados mediante el método de sol-gel para la degradación de azul de metileno bajo irradiación solar. Los materiales SrTiO$_{3}$:xBi se doparon a concentraciones molares de x = 0, 0.5, 1, 2 y 5%mol. Las muestras sintetizadas se caracterizaron por difracción de rayos-X, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de reflectancia difusa. Las especies reactivas de oxígeno durante la degradación también se investigaron utilizando ácido tereftálico y benzoquinona para el OH$^{.}$ y O$_{2}^{-}$, respectivamente. Los resultados mostraron que todas las muestras sintetizadas presentaron los picos difractados de la fase cúbica de perovskita SrTiO$_{3}$. La morfología de todas las muestras exhibe granos irregulares con tamaños en el rango de 0.32-3.23 $\mu$m. Las muestras dopadas mostraron un incremento en la región visible, lo cual se atribuye al dopaje con bismuto. La banda prohibida disminuyó de 3.24 eV a 3.06 eV para la muestra pura y la dopada (x = 1%), respectivamente, lo que es favorable para aumentar la actividad fotocatalítica bajo luz visible. Se alcanzó el 100% de degradación del azul de metileno mediante fotocatálisis solar usando la muestra dopada con x = 1%, que fue superior al 63% alcanzado con la muestra pura. Además, se comprobó que la generación de radicales OH$^{.}$ es el agente reactivo que oxida la molécula de azul de metileno. Esto se verificó mediante estudios de fotoluminiscencia utilizando ácido tereftálico como agente scavenger. Las muestras de SrTiO$_{3}$ dopadas con bismuto mejoraron la degradación fotocatalítica del azul de metileno, por lo tanto, el fotocatalizador SrTiO3: xBi podría ser un buen candidato en el tratamiento de aguas residuales mediante el proceso de fotocatálisis solar.

Ingeniería de bandas de energía aplicada a líquidos cuánticos

En este trabajo discutimos la ingeniería de bandas de energía en un sistema híbrido luz-materia [1,2]. El sistema consiste de un resonador óptico en donde están embebido pozos cuánticos. Cuando ambos sistemas están en resonancia, se crean nuevos eigenestados que son parte luz y parte materia llamados polaritones excitónicos. Por su componente fotónica, los polaritones tienen una masa efectiva entre 4 y 5 órdenes de magnitud menor a la del electrón en reposo, y por su componente electrónica, presentan fuertes interacciones que dan lugar a efectos no lineales. Ambos componentes permiten que, bajo ciertas condiciones, los polaritones formen líquidos cuánticos análogos un condensado Bose-Einstein. Dada su pequeña masa, la longitud de coherencia de los polaritones se extiende varios micrómetros, lo que los hace susceptibles a ser modulados por potenciales de esas dimensiones. Usando diferentes técnicas, es posible entonces crear potenciales arbitrarios para diseñar estructuras de bandas que permitan observar fenómenos interesantes similares a los que ocurren en estado sólido. Dicha ingeniería de bandas abre la posibilidad de crear simuladores de sistemas físicos existentes y la creación de novedosos dispositivos optoelectrónicos basados en los mismos. [1] P. Delsing et al., “The 2019 surface acoustic waves roadmap,” J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 52, no. 35, p. 353001, Jul. 2019, doi: 10.1088/1361-6463/ab1b04. [2] E. A. Cerda-Méndez, D. N. Krizhanovskii, M. S. Skolnick, and P. V. Santos, “Quantum fluids of light in acoustic lattices,” J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 51, no. 3, p. 033001, 2018, doi: 10.1088/1361-6463/aa9ec7.

Uso de eps-reciclado para la síntesis de nano y microestructuras de carbono

Las nanoesferas y microesferas de carbono han sido recientemente descubiertas e investigadas, debido a sus propiedades únicas que favorecen numerosas aplicaciones por ejemplo; revestimiento de electrodos, material de refuerzo en compuestos, absorción de gas, material lubricante, etc. La técnica de deposición química de vapor se prefiere por sobre otros métodos de síntesis de nanoestructuras, ya que es método fácilmente escalable y asequible que permite obtener una amplia variedad de nanoestructuras de carbono, con sus diversas morfologías y propiedades. En respuesta a la necesidad de metodos de síntesis más económicos, ecológicos y sustentables, Anastas propuso los principios de química verde, que contribuyen a la reducción de desechos y emisiones de estos procesos. En este trabajo proponemos la síntesis de nano y microesferas de carbono, utilizando como precursor el poliestireno expandido reciclado, como una alternativa sustentable y amigable con el medio ambiente. La síntesis de las nanoestructuras de carbono se llevó a cabo mediante la técnica de deposición química de vapor, aplicando los principios de la química verde. La ventaja de esta investigación es que las nanoestructuras de carbono se obtuvieron sin la presencia de un catalizador, a cortos plazos de síntesis, bajas temperaturas y a presión atmosférica. La síntesis se llevó acabo en un reactor de cuarzo, a diferentes temperaturas, manteniendo un flujo bajo de un gas inerte, a 30 minutos. Las muestras sintetizadas se caracterizaron mediante SEM, determinando la morfología de las nanoesferas y microesferas de carbono. El análisis EDS mostró un alto porcentaje de contenido de carbono. Los espectros de RAMAN mostraron la banda D atribuida a los defectos y la banda G relacionada con el grado de grafitización. La cristalinidad y los planos característicos, se obtuvieron por XRD. La FTIR de las esferas de carbono mostraron principalmente las bandas de OH, CH2 y C=O.

Estudio computacional de la hidrogenación del Volleyballeno dopado con N y P

Nuestro estudio de la hidrogenación del volleyballeno dopado con átomos de N y P, incluye sus propiedades de enlace, adsorción, energías y modos de vibración. Hemos determinado que al dopar el volleyballeno con 12 átomos de fósforo $[Sc_{20}C_{48}P_{12}]^{-1}$ se obtiene una estructura tetraedral, mientras que, al doparlo con 12 átomos de nitrógeno $(C_{2H}-Sc_{20}C_{48}N_{12})$ aparece una estructura icosaedral, muy similar a su predecesor. La estructura dopada con átomos de N acepta 24 átomos de H con una energía de adsorción de -0.20 eV, mientras que la dopada con átomos de P, acepta 36 átomos de H con una energía de adsorción de -0.50 eV. Además, se estudió una estructura 2D relacionada; encontrando que la estructura $Sc_{3}C_{8}P_{2}$, tiene un band gap de alrededor de 1.0 eV, lo cual significa que adsorbe en el rango del IR y lo candidatea para las aplicaciones médicas.

Dotando de inteligencia a los materiales

El desarrollo de las nanotecnologías permite crear y manejar una enorme variedad de nanomateriales, cuyas propiedades dependen de su composición, tamaño y forma. Estos nanomateriales, a su vez, pueden ser considerados bloques de construcción de nanosistemas más complejos, que combinan diferentes regiones con propiedades pre-establecidas (ej: conductividad, luminiscencia, catálisis, afinidad (bio)química, etc). Entre los desarrollos más recientes, está la posibilidad de construir nanosistemas que puedan responder a estímulos externos, y en los que se pueda transmitir y transducir información a voluntad. Estos sistemas “inteligentes” pueden ser programados para adaptarse a las condiciones externas de manera autónoma, y tienen un enorme potencial en diagnóstico, terapias, sensado, robótica blanda, interfaz humano-máquina, etc. Presentaremos el diseño y producción de nanosistemas basados en nanomateriales inteligentes con una gran variedad de arquitecturas. El rol de las interacciones y las interfaces en la superficie externa o poros del material es esencial en efectos control del transporte molecular, confinamiento o efectos plasmónicos y fotónicos. Mediante la inclusión de moléculas, polímeros o nanopartículas en la arquitectura de los poros y superficies, estos materiales pueden ser programados para responder a estímulos externos como la luz, la temperatura, campos eléctricos o las condiciones químicas. Estos primeros pasos para dotar de inteligencia a los materiales del futuro están inspirados en la complejidad de los sistemas biológicos.

Bridging the Terahertz gap between the worlds of Electronics and Photonics

Terahertz frequencies are often referred to as “The Terahertz Gap” for a very important reason: they correspond to the portion of the electromagnetic range where both electronic and photonic technologies start to become inefficient for generation and detection of radiation. For this reason, the terahertz frequency range can also be viewed as the last electromagnetic frontier for us to conquer to be able to create solutions for research and applications. Indeed, there are many applications waiting for good detectors and sources of terahertz radiation: in medical or quality control, with non-destructive inspection or imaging of multilayer configurations, to detect internal defects in teeth or hidden fabrication issues in packaged electronic circuits; in astronomy, from the observation of the cosmic background to encrypted inter-satellite communication; in biotechnology, with on-chip real-time chemical reaction monitoring; in security, for non-destructive discovery of hidden objects under clothes or envelopes; and there are more. In this talk, we are going to explain why both electronic and photonic existing technologies fail to efficiently produce and detect terahertz radiation by looking at the physics involved in their principle of operation. A review of the most successful terahertz technologies available to date will follow, with an in-depth analysis of the reasons of their success. Their limitations and perspectives will be discussed from a physicist point of view and the idea of using knowledge from both worlds – electronics and photonics – as the ultimate approach to bridge the gap will be introduced and illustrated with specific examples.

Dinámica disipativa de estados polaritónicos en cromóforos acoplados con plasmones

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

SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE REDES ORGANOMETÁLICAS BASADAS EN NÍQUEL Y NICOTINA (Ni-MOF)

Las redes organometálicas (MOF por su significado en ingles Metal Organic Frameworks) como materiales porosos se caracterizan por su alta área superficial, tamaño de poro, alto grado de cristalinidad, sensibilidad a contaminantes, así como su capacidad para almacenar energía. Por lo tanto, entre las principales aplicaciones se encuentran la liberación de fármacos controlada, super capacitores, fotocatálisis, dispositivos fotónicos, captura y almacenamiento de contaminantes entre otras. En ese sentido desde hace 30 años los investigadores han centrado sus esfuerzos en estudiar y mejorar estos materiales, así como explorar otras posibles aplicaciones o rutas para obtenerlos. Las redes organometálicas basadas en níquel como centro metálico han mostrado poseer fuertes propiedades capacitivas debido a su morfología, gran área superficial y tamaño de poro favorable para esta aplicación. En este trabajo se sintetizaron por primera vez redes organometálicas basadas en Níquel (como centro metálico) y Nicotina (como ligando orgánico) bajo el método sonoquímico. El material resultante se analizó por varias técnicas como lo son; FT-IR y XRF para conocer la composición química y los enlaces presentes, XRD para conocer su estructura cristalina y espectroscopia UV-VIS donde se revisó paso a paso la estequiometría de la reacción, así como se obtuvieron las principales bandas de absorción asociadas a la red resultante. Adicionalmente, se revisaron sus curvas de absorción isotérmicas de nitrógeno para conocer el área superficial del material y tamaño de poro, así como la morfología del material mediante SEM. Se concluyo que se obtuvo una red organometálica con un grado de cristalinidad, tamaño de poro y área superficial comparable con trabajos anteriores. Lo cual permite proponer al material para su aplicación en el ámbito del almacenaje de energía, como los super capacitores. Aunado a lo anterior, se obtuvieron interesantes resultados en las curvas de absorción óptica que podrían significar un efecto de plasmón de superficie en la red organometálica (Ni-Nicotina).

Vidrios Inteligentes

Los materiales electrocrómicos son materiales que cambian sus propiedades ópticas por la inserción/extracción iónica por medio de la aplicación de campos eléctricos. Estos materiales se pueden utilizar para un mejor aprovechamiento de la luz y el calor en dispositivos como ventanas inteligentes, visores, pantallas táctiles, lentes, retrovisores, por mencionar algunos. En esta charla se abordan los avances que se han realizado en el desarrollo de dispositivos electrocrómicos. Se discute la problemática, se presentan avances experimentales y se tratan los aspectos teóricos. Particular, énfasis se hace en las investigaciones que hemos realizado en el aspecto teórico.

Termofísica en Sistemas Coloidales: Transporte de Calor entre Nanopartículas y Medios Acuosos

En este trabajo se estudia la transferencia de calor, por medio de dinámica molecular, entre nanopartículas metálicas esféricas de diferentes tamaños y agua. Las simulaciones recrean experimentos donde nanopartículas metálicas inmersas en agua son radiadas con láseres. Dos esquemas son utilizados: i) un flujo de calor estable y ii) un flujo de calor no estable. En el flujo de calor estable, se centra el estudio en el rol que desempeña el tamaño de la nanopartícula y la intensidad del láser (que se refleja en la temperatura de la nanopartícula). Se presentan perfíles de temperatura, densidad y presión normal, de cascarones esféricos concéntricos a las nanopartículas. Los resultados muestran que la ecuación de flujo de calor, en general, está en cuantitativamente concordancia con el perfil de temperatura del líquido que rodea a la nanopartícula para las temperaturas y dimensiones estudiadas, mostrando ligeras desviaciones junto a la interfaz. También se demuestra que la conductividad térmica interfacial no depende ni de la temperatura ni de las dimensiones de las nanopartículas, coincidiendo esto último con resultados experimentales previos. Sin embargo, los valores de la temperatura, densidad y presión del líquido adyacente a la superficie de la nanopartícula, depende del tamaño de esta misma cuando estan a una temperatura similar. Para el flujo no estable de calor se utilizan dos esquemas. El primero consiste en poner a prueba un modelo de medio continuo para explicar cómo se transmite el calor desde la nanopartícula hacia el líquido, cuando las nanopartículas se están enfriando. Se comparan los resultados obtenidos en las simulaciones con lo que predice el modelo de medio continuo, obersvando concordancia para temperaturas iniciales de las nanopartículas al menos menores a los 600 K, y discordancia para temperaturas iniciales al menos mayores a los 690 K. El segundo esquema consiste en calentar las nanopartículas de forma continua y observar como evoluciona el valor de la temperatura, densidad y presión en el líquido circundante a la nanopartícula, hasta que se alcanze el fenómeno de nanocavitación. Los primeros resultados muestran que la conductividad térmica interfacial cae en su valor hasta justo antes de que la nanoburbuja comienza a crearse. Esto último tiene repercursiones en cómo se transporta el calor con el agua que rodea a la nanopartícula, incluso reduciéndose el transporte al punto que el líquido circundante a la nanopartícula comienza a bajar su valor en temperatura, a pesar de que la nanopartícula está a una alta temperatura (>1000 K). De igual manera, se muestra que la formación de la nanoburbuja para el caso de nanopartículas hidrofílicas no comienza justo en su superficie, sino en una distancia de alrededor de los 7 angstrom y no se forma de una forma "regular". Las investigaciones de esto aún están en proceso y promete dar resultados aún más interesantes.

Control de la anisotropía magnética de arreglos de nanoalambres de Ni mediante la acidez de la solución electrolítica

El control de la microestructura de arreglos de nanoalambres de Ni (NW) de 50 nm de diámetro sintetizados por electrodeposición en membranas porosas de alúmina se ha logrado por medio de la variación de la acidez del electrolito. Bajo las condiciones electroquímicas adecuadas se obtienen cambios microestructurales específicos que permiten inducir un incremento en el campo efectivo de anisotropía. Específicamente, variaciones finas de la anisotropía magnética efectiva se han logrado al modificar progresivamente la microestructura de los nanoalambres de policristalina a monocristalina a medida que se reduce la acidez del electrolito. El análisis microestructural realizado por microscopía electrónica de transmisión de alta resolución ha revelado una correlación entre el tamaño del cristalito y las propiedades magnéticas de los nanoalambres. Los experimentos por resonancia ferromagnética y magnetometría han permitido demostrar que no se producen contribuciones magnéticas adicionales en nanoalambres de Ni sintetizados usando electrolitos altamente ácidos con pH=1.6, mientras que una contribución significativa de anisotropía aparece progresivamente a medida que se reduce la acidez del electrolito hasta pH=5.0. Como resultado, se ha obtenido un incremento en la energía de anisotropía en el rango de $1.69\times 10^5$ erg.cm$^{-3}$ hasta $12.0\times 10^5$ erg.cm$^{-3}$ variando el pH del electrolito. La anisotropía efectiva más grande obtenida es comparable a valores de anisotropía magnetocristalina de otros materiales como las hexaferritas basadas en Co y Ba. Estas propiedades hacen de los arreglos de nanoalambres, hechos de elementos de bajo costo y abundantes como el Ni, materiales nanocompuestos muy interesantes para el desarrollo de dispositivos de microondas y espintrónicos ágiles en frecuencias de operación y en sus respuestas magneto-resistivas.

Síntesis de películas delgadas de $W_{1-x}O_x$ por sputtering, y caracterización para aplicaciones fotovoltaicas

Las películas delgadas metálicas tienen aplicaciones tecnológicas diversas e importantes como sensores, microchips, o generación de energía en paneles fotovoltaicos. Para éste último uso, se requieren materiales conductores transparentes. Buscando esto, se sintetizaron 9 películas delgadas de $W_{1-x}O_x$ utilizando el método de sputtering, variando el flujo de oxígeno durante síntesis en las cantidades: $O_2 = 0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.2, 6.6, 7.0, 7.3, 7.6 \pm 0.1 CCM$ con depósitos de $t = 999 \pm 1 s$. Se midió su espesor mediante perfilometría, la resistividad con el método de cuatro puntas, y la transmitancia óptica utilizando un espectrómetro de luz visible y luz solar como fuente. Se observó que las tres características medidas crecieron al aumentar la cantidad de oxígeno. El espesor creció linealmente con la cantidad de oxígeno, midiendo espesores entre $0.9371 \pm 0.0025 \mu m$ y $2.0121 \pm 0.0025 \mu m$. Por otro lado, se encontraron 3 diferentes diferentes regímenes de conductividad y transmitancia delimitados por cambios drásticos en el orden de magnitud, cambiando alrededor de $6.8 \pm 0.2 CCM O_2$. Sin embargo, la resistividad aumenta de $10^{-2} \Omega m^{-1}$ a $10^{2} \Omega m^{-1}$ entre $4.5$ y $6.2 CCM O_2$, mientras que la transmitancia se mantiene estable alrededor del $10 \%$ en estos dos flujos de $O_2$, y sólo aumenta al $36 \%$ con $6.6 CCM O_2$. Por lo tanto, ésta combinación de técnica y material sólo sería óptima para una aplicación con $\rho \approx 10^{1} \Omega m^{-1}$ y $T \leq 30 \%$. Se propone investigar otros materiales y combinaciones de varios materiales con estructura para obtener mejores resultados. También se podría continuar con la caracterización de las películas obtenidas mediante microscopía (óptica, de fuerza atómica, electrónica), y XRD.

Prueba estadística t-student en la síntesis de nanoesferas de carbono a partir de cis-1,4-poliisopreno

Usualmente la estadística se aplica en la colección y análisis de datos para la toma de decisiones y la resolución de problemas. Diferentes tipos de nanoestructuras de carbono (CNs) han sido sintetizadas mediante el uso de diversos precursores y métodos de síntesis para encontrar sustitutos a los derivados del petróleo y métodos más amistosos con el medio ambiente. En la presente investigación se aplicó una prueba t-student en la síntesis de nanoesferas de carbono (CSs) usando un precursor natural y un método que consideran los principios de la química verde. El análisis estadístico realizado puede ser usado para probar si las muestras obtenidas del proceso de síntesis pertenecen a la misma población y por lo tanto pueden ser analizadas como una misma muestra para futuras investigaciones. La síntesis de nanoestructuras de carbono fue realizada mediante el método de deposición química de vapor (CVD), usando 1.5 g de cis-1,4-poliisopreno como fuente de carbono, una barra de acero AISI 304 como catalizador, un reactor de tubo de cuarzo y gas argón como gas de arrastre. Las condiciones de síntesis fueron 850ºC durante 30 minutos de tiempo de reacción y un flujo de gas de 10 ml/min. Dos muestras fueron obtenidas del mismo experimento, una depositada sobre la superficie del catalizador (barra de acero) y otra sobre la superficie del tubo de cuarzo (sin catalizador). Las muestras fueron analizadas mediante un Microscopio Electrónico de Barrido (SEM), Espectroscopía de Energía Dispersa (EDS), Espectroscopía Raman y FTIR. El análisis estadístico probó un comportamiento normal en ambas muestras de CSs debido a que no se encontraron valores desviados al aplicar las pruebas de discordancia a los datos. De acuerdo con el análisis estadístico, fue posible rechazar la hipótesis de que las muestras provienen de la misma población, lo cual indica que el crecimiento de las esferas es diferente en la superficie del catalizador y sobre el tubo de cuarzo.

Películas delgadas de base óxidos semiconductores (ZnO, NiO) y metal noble (Pt) para su aplicación en sensores de gas (CO$_2$) de baja temperatura

El presente trabajo reporta la síntesis y caracterización de películas delgadas mono y multi-capa de base ZnO y NiO adicionadas con partículas metálicas de Pt. Las películas fueron obtenidas por medio de la técnica físico-química de depósito químico de vapor asistido por aerosol (AACVD), sobre sustratos de vidrio de bosorilicato. Las soluciones precursoras se obtuvieron a partir de las sales de (CH$_3$CO$_2$)$_2$ Zn, Ni(NO$_3$)$_2$ ·6H$_2$O y Pt(C$_5$H$_7$O$_2$)$_2$, para las muestras de ZnO, NiO y Pt, respectivamente, empleando concentraciones de 0.1 $mol \cdot dm^{-3}$ para ZnO y NiO, y 0.0001 $mol\cdot dm^{-3}$ para Pt. La caracterización microestructural se llevó a cabo por medio de MEB, MET y DRX, mientras que las propiedades ópticas y de sensado fueron analizadas por medio de espectroscopía UV-Vis-NIR y cámara Linkam. EL gas de referencia fue aire seco, mientras que el gas de prueba fue $CO_2$, a una concentración de 10,000 ppm. Se compararon las propiedades de sensado de las muestras al ser irradiadas con luz UVA durante la medición y sin la irradiación, se obtuvieron valores de sensibilidad de hasta el 9%, mientras que los tiempos de respuesta y recuperación oscilaron entre los 8 y 9 min, respectivamente.

Temporal evolution of optical absorption in tungsten nanoparticles synthesized by laser ablation

In this work, we report the synthesis of tungsten (W) nanoparticles (NPs) by the laser ablation of solids in liquids (LASL) technique. Nanosecond laser pulses (532nm) of fixed fluence were used for the synthesis. We analyze the optical absorption of the colloidal suspension of NPs in distilled water via UV-VIS measurements in the spectral range of 190 and 1100 nm, the measurements were taken one week, one month, and finally one month a half after the synthesis. Particularly, we focused on the temporal evolution of the core-shell structure of the NPs. From our optical studies, we found a band region that emerges centered at 260 nm related to the WOx shell formed on the W core which results from the reaction of hot W plasma with water. This absorption band represents the growth time of the shell around the W NPs. We observed that longer time of laser irradiation on the W target, the colloidal suspension increases its absorbance, e.i. the NPs concentration goes up. Material characterization was performed by Transmission Electron Microscopy (TEM) to confirm the core-shell structure of the obtained NPs. There are very few papers that report the synthesis of W NPs by using the LASL technique and they lack the explanation for the evolution of the colloidal suspension absorption.

Generación fototérmica de microburbujas y su implosión en la punta de una fibra óptica

En este trabajo proponemos un método sencillo para la generación fototérmica de microburbujas en la punta de una fibra óptica así como su implosión en soluciones líquidas no absorbentes (etanol) utilizando un láser de onda continua. Películas conformadas por nanopartículas de plata AgNPs y partículas de nitrato de cobre Cu(NO3)2 fueron inmovilizadas en la punta de una fibra óptica a través de la técnica conocida como fotodeposición. La luz láser emitida a 450 nm es fuertemente absorbida por las nanopartículas de plata, provocando un incremento abrupto de la temperatura alrededor de la fibra óptica. Una vez que el etanol alcanza su límite espinodal (~187 °C) se produce una burbuja de vapor. La burbuja colapsa inmediatamente liberando la energía acumulada y un microjet de etanol es generado. En nuestra investigación la burbuja alcanzó un tamaño máximo (~1 mm) en ~128 μs. Además se llevó acabo el rastreo del microjet generado por la implosión de la burbuja utilizando la técnica de Schlieren. Este método es muy atractivo por su simplicidad experimental y su bajo costo.

Evolution of nonlinear properties of silver nanoparticles with their shape change

Silver nanoparticles (AgNPS) are synthesized, suspend in water and photoconverted with a green laser. The nonlinearity optical properties are investigated using (by means of) a Z-scan technique with a continuous laser at 532 nm. The AgNPS were synthesized through a chemical reduction of silver nitrate, which was stabilized with sodium citrate. Initially the AgNPS have a sphere-like shape; photoconversion was perform with a 532nm laser and the addition of silver nitrate to the AgNPS solution, the process evolution was monitored with an UV-VIS spectrometer. The UV-VIS results showed how the photoconversion benefits the addition of silver nitrate, as silver nitrate increases drastic photoconversion occurred, besides Z-scan exhibit how the morphology change increases the nonlinear optical response.

Generación y eliminación de fases secundarias en nanoestructuras kesteritas de Cu2ZnSn1-xGexS4

La síntesis de nanopartículas kesteritas de Cu2ZnSn1-xGexS4 con control de tamaño y en fase pura es una meta importante para sus aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos como celdas solares. En este trabajo presentamos las nanopartículas de Cu2ZnSn1-xGexS4 de tamaños entre 10 y 40 nm, con diferentes facciones molares de Ge crecidos mediante el proceso hidrotermal. Las nanopartículas sintetizadas fueron caracterizadas utilizando las técnicas de difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión y espectroscopia microRaman. En las muestras sintetizadas con altos fracciones molares de Ge (x > 0.5) se obtuvo Cu2ZnSn1-xGexS4 y como subproductos la fases no deseadas de Cu8GeS6 y ZnS. La limitación de obtener la fase pura de Cu2ZnSn1-xGexS4 en mayores valores de x ha sido explicada en términos de la primera regla de coordinación de Pauling para los cristales iónicos y del precursor de cobre utilizado. Presentamos también un proceso químico para eliminar estas fases no deseadas de las nanoestructuras kesteritas. Agradecimientos: Agradecemos el apoyo brindado por el CONACyT, Mexico (Proyecto # A1-S-26720), para realizar este trabajo. F.E. Cancino-Gordillo agradece al CONACyT, Mexico para otorgar la beca doctoral (CVU # 784149).

GERMINACIÓN DE SEMILLAS DE MAÍZ (ZEA MAYS) HÍBRIDO “ALBATROS” ENVEJECIDAS Y EXPUESTAS A MWCNT Y AuNPs

Uno de los mayores problemas que enfrenta nuestro mundo hoy es el cambio climático. En muchas partes del mundo, particularmente en el cinturón tropical y subtropical al que pertenece México, las temperaturas de verano han alcanzado nuevos máximos. Esto afecta negativamente la salud de los cultivos alimentarios y, por lo tanto, es motivo de grave preocupación para los humanos. El trabajo realizado en este laboratorio y en otros lugares ha demostrado que los nanomateriales tienen la capacidad de estimular la germinación y el estado nutricional de las semillas de cultivos como el maíz. Sin embargo, hasta ahora no existen datos sobre si este efecto beneficioso se extiende a las semillas afectadas por el calor. El presente trabajo se realizó con la finalidad de estudiar el efecto de nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT por sus siglas en inglés) y nano partículas de oro (AuNPs por sus siglas en inglés) en el proceso de germinación de semillas de maíz (Zea mays) híbrido “Albatros” sometidas a envejecimiento acelerado por calor seco, a temperaturas que incluyen las máximas recientes del verano. Dicho efecto de NPs en semillas y plantas pudiera ser positivo o negativo dependiendo de la concentración de NPs, así como del tipo de NPs, ya sean metálicas o derivadas del carbono. El objetivo del trabajo es conocer las aplicaciones biofísicas de los MWCNT y AuNPs en el proceso de germinación de semillas de maíz. El material biológico utilizado para este experimento fue maíz hibrido “Albatros”, elegido por su homogeneidad genética, buen crecimiento y elevado porcentaje de germinación. Las semillas se sometieron a tratamiento térmico a 40°C, 50°C y 60°C por 4, 3 y 2 horas, respectivamente; el blanco positivo a envejecimiento consistió en envejecer las semillas a 60 °C por 14 horas. La prueba de germinación se realizó en medio de cultivo Murashige & Skoog (MS), se incubaron en una cámara de crecimiento. Las concentraciones usadas de MWCNT y AuNPs fueron de 20 ppm y 127.29 ppm, respectivamente. Los resultados obtenidos mostraron que los MWCNT estimulan la germinación en las semillas expuestas a 60°C y sin tratamiento térmico un 44.44% y 21.03% respectivamente; y son inhibitorios en las semillas expuestas a 40°C, 50°C y blanco positivo a envejecimiento reduciendo la germinación en 6.25%, 12.5% y 22.22% respectivamente. Las AuNPs estimulan la germinación a 60°C en 27.77% y son inhibitorias a 40°C, 50°C y blanco positivo a envejecimiento en 25%, 43.75% y 78.57% respectivamente, considerando como el 100% las semillas germinadas en medio MS para cada tratamiento. El sorprendente resultado de este trabajo es que los nanomateriales, particularmente el MWCNT, son capaces de restablecer el daño causado en las semillas de maíz que enfrentaron la temperatura más severa estudiada (60°C).

Nanotubos de carbono de pared múltiple en la fitorremediación de suelo contaminado con Cobre (II)

Existen varios contaminantes de suelo, entre ellos el Cu(II), un metal pesado (MP) presente en el medio ambiente y es esencial para diversas funciones de los organismos vivos, pero en altas concentraciones ejerce toxicidad. El problema de contaminación en suelo por Cu(II) es de origen antropogénico, principalmente, el uso excesivo de fungicidas. Ante esta problemática, una alternativa es la fitorremediación; que emplea plantas hiperacumuladoras de metal (HAM) como mostaza de la India, su nombre científico Brassica juncea. Así como el uso de nanotubos de carbono multipared (NTCPM), que por sus propiedades mecano eléctricas, redox y catalíticas, posiblemente pueden aumentar la biodisponibilidad del Cu(II) para ser captado por las raíces de B. juncea y trasladado a la parte aérea, o movilizado por el exceso de agua en el suelo y con esto puede permitir mejoras en la fitorremediación. El objetivo de esta investigación fue mejorar la fitorremediación de suelo contaminado con Cu(II) con el uso de NTCPM. Para esto se utilizó Brassica juncea, suelo franco con 20 mg.kg-1 de NTCPM y contaminado con Cu(II) en concentraciones de 0, 100, 1000 y 10000 mg.kg-1; en un ambiente controlado. Para el análisis de la concentración de Cu(II) captado en los tejidos de raíz y parte aérea de B. juncea durante 4 semanas se determinó por espectrometría de fluorescencia de rayos X de reflexión total. Los resultados mostraron que el uso de NTCPM aumenta la capacidad de fitoextracción de Cu(II), además de brindar protección a B. juncea en niveles altos de contaminación.

Almacenamiento de hidrógeno mediante cúmulos de B dopados con Ti: Liberación de $H_2$ controladamente con la temperatura

En este trabajo identificamos las estructuras de los cúmulos de boro dopados con titanio $TiB_n$, y posteriormente investigamos sus propiedades de almacenamiento de hidrógeno, mediante el uso de un método de deposición secuencial. Los resultados muestran que los cúmulos de $TiB_n$ (n = 7 - 9) poseen la capacidad de almacenar hasta cuatro moléculas de $H_2$, alcanzando una fracción de masa del 6,13 $\%$. Además, la temperatura de liberación de hidrógeno se analiza mediante la dinámica molecular de temperatura variable. Resulta que el $TiB_7$ y $TiB_9$ liberan las moléculas de $H_2$ a temperaturas relativamente bajas (de 300 a 500 K), mientras que el $TiB_8$ requiere una temperatura más alta debido a interacciones más fuertes con las moléculas de $H_2$, confirmado por el análisis de la densidad de estados.

Arrastre de herbicida 2,4-D en agua usando nanotubos de carbono (6,5)

La limpieza y saneamiento de aguas contaminadas es de interés fundamental para la salud de la población. Actualmente el control y ensamblado de la materia a escala nanométrica permite explorar el uso de nanopartículas y nanotubos en la remoción y transporte de moléculas. En particular, el uso de nanotubos de carbono es una tecnología que se ha investigado para múltiples usos industriales, químicos, de entrega selectiva de fármacos, etc. Para potenciar estas aplicaciones se han realizado estudios experimentales con nanotubos de carbono de una pared (SWCNT) con el objetivo de remover partículas contaminantes de agua. La estructura de un SWCNT es descrita de manera unívoca por un par de índices, generalmente denotados como (n,m). En este trabajo se presentan resultados de simulación molecular del sistema compuesto por un SWCNT(6,5) en agua en presencia de moléculas de ácido diclorofenoxiacético, un herbicida de amplio uso que denotaremos como 2,4-D. El estudio se realiza a varias temperaturas a 1 bar de presión. Realizamos el análisis de las propiedades calculadas y una comparación cualitativa con resultados experimentales, dado que existen estudios experimentales del sistema.

Parámetros ópticos no lineales de tercer orden en función de la intensidad del láser en películas amorfas y mesoestructuradas de SiO2/AzM

El estudio de las propiedades ópticas no lineales de los materiales se hizo posible a partir del desarrollo del láser en 1960. Pero no fue sino hasta 1989 en que Sheik Bahae y E. W. Van Stryland desarrollaron la teoría y técnica de Z-scan, en que se pudieron estudiar la absorción óptica y el índice de refracción no lineales de los materiales. En este trabajo determinamos estos parámetros en películas amorfas y mesoestrucutradas de SiO2 conteniendo el colorante Azul de Metileno, en función de la intensidad del láser de excitación. Para ambas muestras, el índice de refracción es positivo y desciende hacia cero cuando la intensidad del láser aumenta, aunque con diferentes intensidades y velocidades para cada muestra. En tanto que el coeficiente de absorción óptica de tercer orden es positivo para la muestra amorfa y negativo para la mesoestructurada, acercándose a cero conforme aumenta la intensidad del láser. Todo esto indica que la presencia de la mesoestructura cambia las propiedades de las películas, permitiendo otra forma de control de ellas.

Efecto de la carga en las propiedades estructurales y vibracionales del ${Au}_{60}$

La obtención de estructuras metálicas con alta simetría a escalas nanométricas es altamente deseada por sus propiedades físicas y químicas que nos permitirá entender mejor el comportamiento de los enlaces metálicos, de los elementos constituyentes y de sus futuras aplicaciones; por ejemplo, el autoensamblaje, distribución de medicamentos y terapia médica, reconocimiento y electrónica moleculares y catálisis. En este estudio determinamos las diferencias estructurales y vibracionales que presenta el ${Au}_{60}$ con diferentes cargas eléctricas que van desde una carga de +1, pasando por una neutra y finalmente una de -2. Del análisis de estas estructuras podemos notar las similitudes que presentan dos estructuras a pesar de su diferencia en la carga eléctrica. Además se caracterizaron las estructuras mediante un cálculo vibracional y sus espectros IR/Raman muestran características que permiten distinguirlos. Estructuralmente determinamos que una estructura posee triángulos (siendo la más simétrica), mientras que las otras dos poseen una parte compacta donde tetraedros y octaedros distorsionados pueden explicar su distribución atómica.

Dopamiento del $Au_{22}(SR)_{17}$ cluster con dos átomos de plata: Efecto de los ligandos en sus propiedades estructurales y vibracionales

En este trabajo se estudia mediante la Teoría del Funcional de Densidad (DFT) del cúmulo $Au_{22}S_{17}$. Se pone especial cuidado al efecto del dopamiento y de los ligandos en las propiedades estructurales y vibracionales. Se dopa la estructura con 1 y 2 átomos de Ag en distintas posiciones y se determinan los isómeros de menor energía. Además utilizando$ –Sh$, $-CH_{3}$ y $-Ph$ como ligandos se tiene mayor/menor distorsión con respecto a cuando se usar $-Sh$ como ligando. En especial, cuando se usa $-Ph$ como ligando los picos de IR/rman son más intensos y esto se puede correlacionar con respecto a la distorsión observada

Estudio sistemático de sus propiedades mecánicas y adherencias de aceites de una matriz de cemento polimérico con micro y/o nanopartículas de magnetita como material de refuerzo

En este trabajo reportamos la caracterización mecánica y adherencias de aceites de un compósito magnético de micro y/o nanopartículas de magnetita incrustadas en una matriz de cemento polimérico y sustancias oleofílicas. Las nanopartículas sintetizadas por la técnica coprecipitación se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X, mientas que la caracterización mecánica y de adherencia de aceites de la matriz de cemento polimérico magnético por microscopía óptica. Por otro lado, las muestras obtenidas fueron sometidas a pruebas de esfuerzo mecánico y compresión. Se han agregado micro y nanopartículas de magnetita a las muestras como material de refuerzo, como resultado obtenido en estas caracterizaciones es que algunas muestras presentan diferentes propiedades, como la flexibilidad, dureza, adhesión, entre otros, ya sea en toda la muestra o solo en las superficies, así como el tamaño de partícula tiene un gran efecto sobre las propiedades mecánicas del cemento polimérico magnético. Posibles aplicaciones pueden varias entre ellas en telecomunicaciones como un actuador eléctrico para ruido electromagnético y como elemento en un circuito electromagnético, entre otras aplicaciones como la separación magnética de sustancias oleofílicas y metales pesados.

Interacción de los iones del $Cd^{2+}$ y $Se^{2-}$ bajo el efecto de la temperatura durante la formación del CdSe nanoestructurado

En el proceso de la síntesis de nanopartículas usando la técnica coloidal, la variación de la temperatura permite modificar la morfología y las propiedades físicas de los nanomateriales. En este trabajo se da a conocer los primeros resultados de los efectos de la temperatura durante la interacción de los iones de $Cd^{2+}$ y $Se^{2-}$ en el proceso de síntesis de las nanopartículas de CdSe, usando un pH=8 y pH=12, a una temperatura de 150°C en parrilla y 49°C en solución. Las muestras se caracterizaron usando Microscopia de Tunelamiento (STM), las micrografías revelan tamaños aproximados de partículas de 4.97 nm de diámetro menor (dm) y 7.18 nm de diámetro mayor (DM) para la muestra con pH=8 y para las nanopartículas con pH=12, tamaños de 3.21 nm en dm y 4.33 nm en DM; y con Microscopia Electrónica de Barrido, se identificó la formación de prismas irregulares con longitudes menores a 6 nm y un grosor menor a 2 nm, para ambos valores de pH.

Síntesis de nanofibras de ZnO por medio del método de electrospinning

Se sintetizaron nanofibras de óxido de zinc por medio del método de electrospinning, buscando determinar las características idóneas que deben cumplirse para su fabricación desde la preparación de los precursores. Se presenta además la caracterización con rayos x y TEM de las nanofibras obtenidas con sus respectivas propiedades por medio de equipo especializado.

Nuevo alótropo bidimensional de nitruro de carbono con estequiometria 1:1 presentando estructuras tipo picos: Un estudio estructural y electrónico DFT-D

Se presenta la predicción de un nuevo alótropo de nitruro de carbono bidimensional con estequiometría 1:1. Los cálculos se llevaron a cabo bajo condiciones de presión y temperatura ambiente (1 atm, 300K) para probar su estabilidad dinámica (fonones) y térmica. La nueva estructura contiene anillos pentagonales (c-C3N2) ligados por átomos de nitrógeno y separados por agujeros, mientras átomos de carbono tipo sp3 están enlazados a grupos isociano (C≡N-) proyectados hacia afuera de la superficie parecidos a formaciones tipo picos. La estructura predicha tiene un band gap indirecto calculado de aproximadamente de 2.78 eV (aproximación híbrida HSE06), que esta en el rango de la luz visible, y esto podría incrementar su uso en el campo de la fotocatálisis.

Efecto de los ligandos en la absorción de NO$_2$ sobre la porfirina

In this study, the potential applications of Porphyrin-Ruthenium complexes as gas sensors at room temperature are addressed. It is analyzed the modification of their related structures, with an emphasis on the displayed bonding, adsorption energies, and vibrational properties. We showed using the ORCA’s geometric optimization that Porphyrin-Ruthenium (Por(Ru)) is able to absorb CO and NO with an absorption energy of -2.95eV and -2.04eV respectively. However, it is not able to absorb NO$_2$. To solve this, it is proposed the modification of the Por(Ru) ligands. In this case, we added four new ligands (phenyls) and we analyze the Tetraphenylporphyrin-Ruthenium (Ru(TPP)), which is able to absorb NO$_2$ with an absorption energy of -1.11eV. Further, we analyze the contributions of CO-OH and NH$_2$ groups interacting with phenyls. It is presented the assignment of their IR/Raman signals is carried out in order to facilitate their experimental detection. Finally we discuss the change of Porphyrin-Ruthenium complexes HUMO-LUMO gap when a gas is absorbed.

Resina: una opción ecológica en la síntesis de nanoestructuras de carbono

El carbono, de acuerdo con su estructura molecular, puede unirse de distintas maneras produciendo diferentes formas alotrópicas como el grafito, el diamante, etc. Actualmente a nivel de laboratorio es posible encontrar nuevas formas de carbono con dimensiones nanométricas, que generalmente se denominan nanoestructuras de carbono, que pueden clasificarse según sus formas alotrópicas como: fullerenos, grafenos, nanotubos, micro y nanoesferas de carbono. Sin embargo, durante la síntesis de las nanoestructuras de carbono se utilizan materiales tóxicos como precursores del petróleo y disolventes que pueden causar efectos adversos al medio ambiente. En cambio, una opción ecológica es el uso de compuestos orgánicos como fuente de carbono que no causan contaminación ambiental y son fácilmente accesibles. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación fue sintetizar nanoestructuras de carbono a partir de resina de pino mediante deposición química de vapor (CVD). El proceso se realizó en un reactor de cuarzo con un acero inoxidable austenítico AISI 304 como catalizador, la resina como fuente de carbono; luego el reactor se colocó en un horno tubular y se utilizó Argón como gas portador a una velocidad de 10 ml/min. Las temperaturas de la síntesis fueron de 800 y 850°C durante una hora. Los materiales resultantes se caracterizaron mediante Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Espectroscopia de Energía Dispersa (EDS) y Espectroscopia de Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR). Las micrografías de MEB mostraron la presencia de diferentes tipos de nanoestructuras: micro y nanoesferas y nanotubos de carbono. El análisis EDS indicó que las nanoestructuras contienen una alta composición de carbono, así como trazas de metales como el cromo y el hierro. Los espectros FTIR muestran la presencia de grupos funcionales de este tipo: C=C, OH, C=O y CH3. Se concluye que es posible sintetizar nanomateriales de carbono a partir de un precursor ecológico mediante CVD.

Estimación de los coeficientes efectivos de difusión durante la formación de las capas épsilon y gamma en una muestra de fierro puro sujeta a nitruración gaseosa

La medición experimental de la dinámica de las capas $\epsilon$ y $\gamma$ durante la nitruración gaseosa de una muestra de fierro puro, ha sido utilizada para obtener los coeficientes de difusión del nitrógeno a través de un balance de masa en cada capa, originalmente propuesto por Somers et. al. En este trabajo se muestra que las ecuaciones de movimiento para cada capa, originalmente propuestas por Somers y posteriormente utilizadas por otros autores, no satisfacen el balance de masa total en la muestra, llevando a la creación o aniquilación de masa durante la dinámica del crecimiento de las capas. En este trabajo se obtienen ecuaciones de movimiento, basadas en un balance de masa en cada capa y donde se muestra que la masa acumulada de Nitrógeno en la muestra es exactamente igual a la cantidad de Nitrógeno que entra en la superficie del sustrato durante el tiempo de nitruración. El balance de masa propuesto, produce una ecuación integro-diferencial para cada capa y para la zona de difusión, a partir de las cuales se pueden mostrar las inconsistencias en las ecuaciones de movimiento propuestas por otros autores. Finalmente, ajustando las soluciones obtenidas del modelo propuesto a los resultados experimentales, se obtienen valores propuestos de los coeficientes de difusión en cada capa y en la zona de difusión a distintas temperaturas de Nitruración.

Propiedades físicas de monocapas de carburo de estaño (SnC) pasivadas con hidrógeno

Estudios previos demuestran que las monocapas de carburo de estaño (SnC) con estructura panal de abeja son estables. Además, junto con otras monocapas de carburo, la monocapa SnC se ha propuesto como un fotocatalizador potencial para la filtración de agua, a pesar de que su brecha indirecta dificultaría su rendimiento catalítico. La pasivación de hidrógeno a la superficie podría conducir a una transición de brecha indirecta-directa. En este trabajo, estudiamos las constantes elásticas y las propiedades electrónicas y fonónicas de monocapas de carburo de estaño pasivadas con átomos de hidrogeno, así como monocapas de carburo de estaño prístino por medio de cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) a través del código SIESTA. Proponemos dos esquemas de hidrogenación: en el primero de estos, todos los átomos de hidrógeno están sobre la misma cara superficial de la monocapa, en el segundo esquema, los átomos de hidrógeno se encuentran alternativamente en cada cara superficial. Se estudia también, la estabilidad relativa de ambos esquemas y la naturaleza de las brechas de energía. Agradecimientos: Agradecemos el apoyo de UNAM-PAPIIT IN109320. Los cálculos fueron llevados a cabo en la súper computadora Miztli de DGTIC-UNAM (Proyecto LANCAD-UNAM-DGTIC-180). A.L.M.V. agradece a CONACyT y a BEIFI-IPN por la beca escolar.

Fabricación de nanopartículas de Au sobre ZnO por irradiación láser

La irradiación láser de películas delgadas metálicas es un método físico utilizado para la producción de nanopartículas metálicas. Tiene como principal ventaja respecto a las técnicas químicas, el alto grado de pureza de las nanopartículas resultantes al no requerir el uso de precursores químicos. Además, las nanopartículas pueden permanecer adheridas a substratos sólidos. Esto la hace una opción atractiva para la generación de arreglos de nanopartículas de metales nobles sobre semiconductores para su aplicación en fotocatálisis y sensores de gas. La formación de las nanopartículas por este método se ha explicado por medio de la fusión de la película, seguida de una ruptura de ésta debido al dewetting espinodal que se favorece por una pobre adherencia entre la fase líquida del metal y el substrato. En este trabajo se presenta un protocolo para fabricar nanopartículas de Au sobre una película delgada de ZnO, sin dañar esta capa inferior. Se irradiaron sistemas bicapas de película de Au sobre película de ZnO. Las capas de Au, con espesores de 9±1 nm y 17±1 nm, fueron crecidas sobre una capa de ZnO de 67±9 nm de espesor, ambas depositadas por pulverización catódica. La emisión de 248 nm utilizada proviene de un láser de excímero y se adecuó para que presentase un perfil de energía plano (tipo top-hat) por medio de un homogeneizador. Las irradiaciones se caracterizaron por medio de espectroscopía UV-Vis-NIR y microscopía electrónica de barrido. Encontramos que con energías del haz de entre 9 y 14 mJ se producen nanopartículas esféricas de Au independiente del espesor de etsa película. Para el mayor espesor adicionalmente aparecieron nanoestructuras del orden de decenas de nm. Se observó que la capa de ZnO sufre daños como agrietamientos y fisuras para energías mayores a 10 mJ. Nuestros resultados demuestran la capacidad de producir nanopartículas esféricas de tamaños entre los 50 y 100 nm sin dañar el substrato. Palabras clave: irradiación láser, nanopartículas de Au, películas delgadas de ZnO

Estudio de la relación forma-energía de cúmulos metálicos gemelares

El desarrollo de técnicas poderosas, como el método fase-solución, para preparar monocristales metálicos con la calidad, cantidad y la reproducibilidad apropiadas para su estudio, ha propiciado avances significativos en el estudio de las relaciones propiedad-forma de los cúmulos atómicos. La sinergia entre arreglos atómicos con patrones geométricos gemelares y los arreglos cristalinos en un cúmulo dado, ha sido de gran interés en la física a escala de los nanómetros, y también en la física aplicada ó de ingenierías, por sus aplicaciones tecnológicas en catálisis, por ejemplo. De las estructuras gemelares más estudiadas destacan las que tienen la forma de icosaedro o decaedro, principalmente. En cuanto a la física, la parte energética de estos sistemas es de interés fundamental y consecuentemente una de las propiedades más estudiadas. En este trabajo, se presentan y discuten resultados de las propiedades energético-estructurales de cúmulos metálicos gemelares con las formas ya mencionadas de icosaedros y decaedros, incluyendo aquellas estructuras con reentradas de Marks o Chui. Los resultados se obtuvieron usando el método de la simulacion de la dinámica molecular y modelos de potencial semi-empíricos para metales nobles. Las conclusiones preliminares de la investigacion se presentan en base al análisis de resultados con el método para identificar las morfologías de cúmulos atómicos, "amorphicity index method", introducido recientemente por nosotros[1] [1] Amorphicity and structural changes in binary clusters, J. M. Cabrera-Trujillo, J. M. Montejano-Carrizales, and César G. Galván, Eur. Phys. J. B 92, 237 (2019).

Análisis en la generación de las especies reactivas de oxígeno a través de la interacción entre radiación secundaria del sistema compuesto (cisplatino y nanopartícula de sílice) y el agua intracelular

Mediante simulaciones computacionales de Monte Carlo (el código TOPAS) se analizará la generación de las especies reactivas de oxígeno al aplicar radiación externa con electrones de energías de 3 a 5 keV al sistema físico: sistema compuesto y el agua intracelular. Este estudio de la generación de las especies reactivas se enfocó exclusivamente a la interacción entre la radiación secundaria del sistema compuesto y el agua intracelular. Esta radiación secundaria se origina en el átomo de platino y en los oxígenos (del sistema compuesto), siendo mayor la influencia la relativa al platino; la cual consiste principalmente de electrones denominados Auger. En este trabajo solo se considera la influencia de estos electrones ionizantes en el agua intracelular, dando lugar a la generación de las especies reactivas de oxígeno. Además, no se tomó en cuenta la interacción entre la superficie de la nanopartícula y el cisplatino.

Cambios de polarización inducidos por gradientes de deformación en una película delgada de Bi$_{0.9}$Ba$_{0.1}$Fe$_{0.94}$Ta$_{0.05}$Cr$_{0.01}$O$_{3}$

Con un Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) se llevó a cabo un experimento para evaluar los efectos producidos por gradientes de deformación en la polarización de una película delgada con estequiometría Bi$_{0.9}$Ba$_{0.1}$Fe$_{0.94}$Ta$_{0.05}$Cr$_{0.01}$O$_{3}$ (BBFTCO). La película con espesor de decenas de nanómetros fue depositada por ablación láser. Los resultados de difracción de rayos X indican que tiene la misma estructura que el material multiferroico BiFeO$_{3}$. Mediante técnicas de AFM se estudiaron sus propiedades piezoeléctricas y magnéticas a escala nanométrica. A partir de los resultados obtenidos se puede deducir que el material de la película es ferroeléctrico y antiferromagnético. También se determinó que los gradientes de deformación producidos por la sonda de un AFM propician el cambio en la orientación de dominios de polarización.

Preparación de óxido de grafeno empleando peróxido de benzoílo

En años recientes el óxido de grafeno ha aumentado las posibilidades de su uso en diferentes aplicaciones por sus propiedades y sus diversos métodos de obtención. La mayoría del óxido de grafeno es obtenido a partir del método de Hummers, o variaciones del mismo. Se ha propuesto el uso de diferentes metodologías que utilicen menos etapas y reactivos que se apeguen más a la química verde. Para obtener el óxido de grafeno se utilizaron nanobeads de carbono; el peróxido de benzoílo reacciona con el material principal, bajo agitación constante en un baño ultrasónico y rampas de temperatura. La mezcla obtenida se lava varias veces con agua destilada y se seca a 60°C en condiciones atmosféricas. Para obtener los grupos funcionales de los polvos, se analizaron por la técnica de FTIR, para conocer las interacciones entre C-C se utilizó espectroscopía Raman. Los cambios en la cristalinidad se compararon a través de difracción de rayos X. Esta forma de producir óxido de grafeno, es a través de un método simple y con un reactivo de fácil utilización.

Efectos de la superficie sobre las propiedades electrónicas del ZnO poroso

En la actualidad, un alto porcentaje de la generación de energía eléctrica es a base de combustibles fósiles que contribuyen al calentamiento global del planeta. Las fuentes alternas (eólica y fotovoltaica) podrían hacer frente a este problema. Sin embargo, estas tecnologías requieren un sistema para almacenar y liberar energía en el momento que sea requerida debido a su alta intermitencia. Los dispositivos electroquímicos como las baterías de iones de Li (ion-Li) debido a su madurez tecnológica ofrecen una alternativa atractiva para solucionar el problema del almacenamiento de energía. Hoy en día, para incrementar las capacidades de baterías ion-Li son requeridos cátodos que almacenen grandes cantidades de energía; como el ZnO que tiene una capacidad de 978 mAh/g en comparación al CoO (~200 mAh/g) usado comunmente en estas baterías, esta capacidad podría aumentar si se utilizan materiales nanoporosos. En este contexto, se estudió la estabilidad energética y las propiedades electrónicas de sistemas nanoporosos de ZnO, variando el tamaño y la superficie reactiva del nanoporo produciendo un desbalance en la razón R_0 = Zn/O utilizando la teoría de funcionales de la densidad y e. Los resultados de este sistema nanoporoso pasivado con H muestran que el sistema con el nanoporo con menor tamaño se comporta como semiconductor mientras que los sistemas con nanoporos de mayor tamaño se comportan como metales. Por otro lado para el caso R_0=1 en los estados de valencia cerca del nivel de Fermi, la mayor contribución es aportada por los átomos de O, mientras que para los casos R_0=2 y R_0=0.5 los estados electrónicos en la valencia provienen de los átomos de Zn. Mientras que este sistema pasivado con F muestra que el sistema se comporta como un semiconductor independientemente del tamaño de poro y la razón de R_0. Para todos los casos del sistema pasivado con F los estados de valencia cerca del nivel de Fermi, la mayor contribución es aportada por los átomos de O. El sistema pasivado con O muestra que en el caso de R_0=0.5 el sistema se comporta como semiconductor, en su caso los estados de valencia cerca del nivel de Fermi, la mayor contribución es aportada por los átomos de O y en el caso de R_0=2 el sistema se comporta como metal y los estados de valencia cerca del nivel de Fermi es aportada por los átomos de Zn. Estos resultados pueden ser útiles en el diseño de baterías de iones de litio ya que muestran que la conductividad eléctrica puede ser alterada dependiendo de la composición de la superficie porosa.

Transmisión mejorada de luz en depósitos metálicos cerca del límite de percolación

A principios de este siglo se descubrió que una capa delgada metálica con orificios espaciados regularmente (o bien islas en un acomodo periódico) permiten transmitir, a ciertas longitudes de onda, una mayor intensidad de luz que la que predice la teoría de difracción. El aumento en la transmisión de luz puede ser incluso de varios órdenes de magnitud. A este fenómeno se le conoce como Transmisión Extraordinaria de Luz (TOL) y aunque los detalles del mismo dependen de las características específicas de cada muestra, la generación de plasmones y el consecuente transporte y transmisión de energía debido a éstos es la característica común de TOL. En este trabajo reportamos el aumento en la transmisión de luz -transmisión mejorada de luz (TML)- en depósitos de nanopartículas metálicas creadas por ablación láser en oro, plata y cobre. Debido a la técnica de crecimiento, las películas crecen formando nano-islas depositadas de manera irregular en el sustrato y aunque, evidentemente, no son arreglos regulares, presentan aumento en la transmisión de luz. Aunque la eficiencia de transmisión es menor que en TOL, nuestras muestras son mas sencillas de fabricar. Además, variando la cantidad de material depositado hay cierto control en la posición y ancho del máximo de transmisión. Al igual que los dispositivos hechos para aprovechar TOL, nuestra técnica también podría ser usada para fabricar sensores a cambios de índice de refracción del medio en el cual están inmersas las capas metálicas.

Representación armónica del campo electromagnético generado por una partícula cargada oscilante y su interacción con un cuerpo dispersivo

En este trabajo se aborda el problema de describir el campo electromagnético generado por una carga oscilante y su interacción con un objeto tridimensional dispersivo. A pesar de la aparente naturaleza académica de este problema, muchas aplicaciones a este tipo de configuraciones pueden encontrarse. Comenzando por el estudio de antenas realizado por Hertz y Sommerfeld [1, 2] hasta el más reciente estudio de nanoemisores cuánticos y su interacción con nanoesferas [3, 4]. Para esta clase de fenómenos, es común utilizar una aproximación para describir el campo generado por una partícula cargada oscilante, la más común de estas aproximaciones para el campo lejano es utilizar la aproximación dipolar [5, 6]. Sin embargo es importante subrayar aquí que la aproximación dipolar solo es válida cuando lidiamos con el campo lejano. Es necesario encontrar una mejor manera de describir el campo generado por una partícula cargada oscilante, el procedimiento usual es usar los campos de Liénard-Wiechert. El problema con esta solución es que ésta no es tratable desde un punto de vista práctico (i.e. numérico) [7]. Aquí nosotros proponemos un modo diferente de obtener la representación armónica de los campos en el sentido de distribuciones [8]. Estos resultados han sido comparados con la bien conocida fórmula de la potencia del campo lejano [5]. Finalmente, una vez que el campo EM ha sido obtenido de manera armónica, lo hacemos interactuar con un jmaterial dispersivo (una esfera en este caso) Este problema es tratado con la formulación de campo difractado [9] y resuelto numéricamente mediante el Método de Elementos Finitos y el programa GetDP [10]. Referencias [1] A. Harish and M. Sachidananda, Antennas and wave propagation. Oxford University Press, USA, 2007. [2] A. Sommerfeld, Partial Differential Equations In Physics: Lectures On Theoretical Physics. No. v. 6 in Pure and Applied Mathematics, 1, Sarat Book House, 1960. [3] E. Lassalle, A. Devilez, N. Bonod, T. Durt, and B. Stout, “Lamb shift multipolar analysis,” J. Opt. Soc. Am. B, vol. 34, pp. 1348–1355, Jul 2017. [4] V. V. Klimov, M. Ducloy, and V. S. Letokhov, “Radiative frequency shift and linewidth of an atom dipole in the vicinity of a dielectric microsphere,” Journal of Modern Optics, vol. 43, no. 11, pp. 2251–2267, 1996. [5] J. D. Jackson, Classical Electrodynamics. Wiley, Aug. 1998. [6] L. Novotny and B. Hecht, Principles of nano optics. Cambridge University Press, 2012. [7] H. Spohn, Dynamics of charged particles and their radiation field. Cambridge university press, 2004. [8] A. I. Saichev and W. A. Woyczynski, Distributions in the Physical and Engineering Sciences. Volume I. Springer, 1997. [9] B. Vial, F. Zolla, A. Nicolet, and M. Commandre, Quasimodal expansion of electromagnetic fields in open two-dimensional structures, Physical Review A, vol. 89, p. 023829, Feb. 2014. [10] C. Geuzaine and D. Patrik, GetDP reference manual (Université de Liège 1997)

Nanopartículas Magnéticas Estabilizadas por Goma Arabiga

Se sintetizaron nanopartículas magnéticas por el método de coprecipitación y se añadió un recubrimiento en este caso se usó un biopolímero conocido como Goma Arábiga para estabilizar las nanopartículas, ya que con el paso del tiempo de oxidan y se aglomeran y disminuyen sus propiedades magnéticas, así como también para poder tener cargar negativas en la superficie y poder funcionalizar en un futuro. Se usó una relación 3:1 y 10:1 Fe:GA respectivamente, obteniendo un tamaño de cristal de 11 nm de acuerdo a la fórmula de scherrer para ambas relaciones de concentración, un diámetro hidrodinámico de 198 nm y 245 nm, de acuerdo a las imágenes de TEM se tiene una morfología esférica y una distribución de tamaño de 11 nm, la saturación magnética fue de 68 emu/g (material) en ambos casos y de acuerdo al análisis termo gravimétrico indica que queda un porcentaje de recubrimiento del 16% y 24% respectivamente.

Efecto del dopaje con B, Al y Ga en las propiedades electrónicas de siligeno: un estudio de DFT

Las modificaciones físicas y químicas en nanoestructuras de dos dimensiones (2D) se han estudiado recientemente, para mejorar la reactividad superficial con átomos y moléculas, esto ha motivado el estudio de nanoestructuras dopadas que podrían ser de vital importancia para el desarrollo de nuevos materiales. Por esta razón, se ha investigado teóricamente el dopaje con átomos de B, Al y Ga, en una monocapa de siligeno, modelando una supercelda de 4×4. Se realizaron cálculos a primeros principios basados en la teoría del funcional de la densidad. Las energías de enlace indican que los átomos de Al y Ga interaccionan fuertemente con los átomos de Ge, mientras que el átomo de B interacciona fuertemente con los átomos de Si. Para una estabilidad energética de las monocapas dopadas, la energía de enlace del dopaje sustitucional debe ser positiva y lo más grande posible (reacción exotérmica), por lo que facilita el enlace. Finalmente, los parámetros geométricos, energías de enlace, densidad de estados, estructura de bandas electrónicas y densidad de carga son reportados. Los resultados sugieren que las nuevas modificaciones químicas como el dopaje, pueden ser usadas para modificar las propiedades electrónicas y energéticas del siligeno. Por lo tanto, las monocapas 2D se convierten en plataformas atractivas para diversas aplicaciones como sensores, catálisis, espintrónica y almacenamiento de energía.

Caracterización morfológica de nanopartículas de péptido anfifílico

Las características morfologicas de las nanopartículas de péptido anfifílico (APnPs), hacen que estas sean buenas candidatas para ser empleadas como recubrimientos de los implantes metálicos, ya que son vectores de carga genética no virales, que pueden auto-ensamblarse en micelas esféricas o estructuras fibrosas con cubiertas hidrofílicas y centros hidrofóbicos con soluciones acuosas y son comúnmente empleadas como transporte de medicamentos. Las APnPs contienen el péptido ácido arginilglicilaspártico (RGD), que no solo promueve la adherencia de las células sino también otras funciones celulares como la proliferación celular.

Cytotoxic effect of Au nanocubes on HCT-15 and Hep G2 cancer cell lines

Currently, the advances in nanosciences allow to synthesize noble metal nanoparticles (NPs) with a large number of different morphologies, which in turn has permitted to manipulate their optical and physicochemical properties. These attractive tunable properties give them the potential for applications in a wide variety of fields [1-4]. Today, it is well known that gold (Au) NPs possess interesting bactericidal and cytotoxic properties in cancer cell lines in mammals; however, most of these studies have been performed with NPs with spherical morphology [1, 2]. In this work, the synthesis of Au nanocubes (GNCs) is shown using the seed-mediated synthesis technique [5]. GNCs of different edge sizes were synthesized by modifying the seed solutions volume added during the GNCs growth. Once obtained the GNCs colloids, their cytotoxic properties on the colon cancer cell line HCT-15 and the liver cancer cell line Hep-G2 were tested. The results show that the HCT-15 cell line has a higher sensitivity to low concentrations of CNGs, while the Hep-G2 cell line is more sensitive to high concentrations of CNGs. References 1. Conde, J., Doria, G., & Baptista, P. (2012). Noble metal nanoparticles applications in cancer. Journal of drug delivery, 2012. 2. Doria, G., Conde, J., Veigas, B., Giestas, L., Almeida, C., Assunção, M., & Baptista, P. V. (2012). Noble metal nanoparticles for biosensing applications. Sensors, 12(2), 1657-1687. 3. Jain, K. K. (2005). Nanotechnology in clinical laboratory diagnostics. Clinica chimica acta, 358(1-2), 37-54. 4. Jain, K. K. (2005). Nanotechnology-based drug delivery for cancer. Technology in cancer research & treatment, 4(4), 407-416. 5. Romo-Herrera, J. M., González, A. L., Guerrini, L., Castiello, F. R., Alonso-Nuñez, G., Contreras, O. E., & Alvarez-Puebla, R. A. (2016). A study of the depth and size of concave cube Au nanoparticles as highly sensitive SERS probes. Nanoscale, 8(13), 7326-7333.

Support Vector Machine for the prediction of surface plasmon resonance in gold concave nanocubes

Metallic materials at the nanometric level (NP) present fascinating collective phenomena, such as the case of surface plasmon resonance (SPR) [1]. Said property had mainly been exploited due to the enormous field of application, which ranges from improving the efficiency of energy systems [2] to theragnostic platforms for the elimination of cancer cells [3], increasing the efficiency of catalytic systems [4], etc. The SPR of NP can be manipulated through the morphology, size, and dispersion medium of the NP. Nowadays, thanks to the development of nanosciences, it is possible to experimentally study the effect of these parameters on the SPR [5]. On the other hand, it is also possible to implement numerical tools to study the effect of these parameters on the SPR of the NP; however, the calculation is usually tedious and with low possibilities of explaining general trends. Currently, thanks to the development of tools such as Machine Learning, it has been possible to provide computers with a learning capacity based on the acquisition of experience, understanding as experience, the data previously obtained through experiments or numerical calculations which has allowed the prediction of material properties with high precision [6, 7]. In the present work, a support vector machine (SVM) for the prediction of the SPR of gold concave nanocubes of different sizes and concavities (CNG) was used [6]. To obtain the database for SVM training, evaluation, and testing the numerical implementation of the Discrete Dipole Approximation (DDSCAT) was used [8, 9]. For the evaluation of the model, three different techniques were implemented, the classic holdout (70% training set / 30% testing set), k-fold cross-validation, and leave-one-out cross-validation finding R2 values above 0.9 for the three evaluation techniques.

Formación y caracterización óptica de nanopartículas bimetálicas de Ag/Pt en zafiro sintético

Es conocido que las propiedades ópticas de nanopartículas metálicas dentro de matrices dieléctricas están fuertemente relacionadas con el tamaño y la geometría de las mismas, por lo que la caracterización y el control durante su fabricación de ellas ha sido de gran importancia durante la últimas décadas. Además, las propiedades ópticas de estos sistemas nanoestructurados se explican en términos de las llamadas resonancias del plasmón de superficie, que se puede observar fácilmente en los espectros de extinción óptica. La formación y caracterización de nanopartíiculas bimetálicas, representa una mayor posibilidad de obtener propiedades ópticas deseadas, pero por otra parte, también una dificultad adicional. Mientras que la plata tiene una resonancia en la región visible del espectro, el platino la tiene en el ultravioleta,. En este trabajo presentamos la caracterización óptica de nanopartículas de Ag/Pt formadas en el interior de sustratos de zafiro sintético ($\alpha-Al_2O_3$) por medio de la implantación de iones y tratamientos térmicos adecuados. Se muestra que por medio de esta técnica, es posible obtener diferentes configuraciones y estructuras, las cuales a su vez, presentan propiedades ópticas variadas. Estas propiedades fueron determinadas por medio de espectroscopia de extinción óptica, así como de su fotoluminiscencia. Su caracterización se complementó con microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos-X (XRD). Entre los resultados más interesantes, está que las nanoparticulas con núcleo de Ag rodeadas por una coraza de Pt o en las cuales se forma una aleación, no presentan resonancia apreciable en la región visible del espectro. Los autores agradecen a Karim López–Guzmán, Francisco Jaimes–Beristein, Mauricio Escobar-Reyes, Samuel Tehuacanero Cuapa, Diego Quiterio Vargas, Carlos Magaña, Juan-Gabriel Morales-Morales, Antonio Moreno Espino y Alejandro Herrera por su apoyo en los diferentes laboratorios de preparación y análisis de muestras. Este trabajo fue financiado principalmente por DGAPA-UNAM (IN110717)

Propiedades Tribológicas de Cepillos Poliméricos Elásticos en Buen Solvente: Un Enfoque de Grano-Grueso

Actualmente, la ciencia e ingeniería de materiales se han convertido en una de las áreas más interesantes a través de la física, la química, la ingeniería y la computación. Es por ello que, las simulaciones computacionales a escala mesoscópica permiten modelar sistemas de cepillos poliméricos para estudiar las propiedades reológicas. En este trabajo presentamos resultados tribológicos de un sistema de cepillos poliméricos elásticos (poliisopreno) injertados en la superficie de dos placas paralelas en buen solvente, ambas placas están sujetas bajo la influencia de un flujo del tipo Couette: un enfoque de grano-grueso. El presente estudio representaría un impacto significativo en el ámbito tecnológico ya que los elastómeros son de gran interés debido a su amplia variedad de aplicaciones.

Síntesis y caracterización de nanopartículas de NiS y NiSe por métodos fisicoquímicos

Los calcogenuros de níquel son materiales con características eléctricas, electrónicas y magnéticas que los hacen ser empleados en diferentes dispositivos como celdas fotovoltgaicas, baterías, etc. En particular, en este trabajo nos enfocamos en el sulfuro de níquel y el selenuro de níquel, los cuales sintetizamos como nanopartículas mediante una técnica de primeros principios a temperatura y presión ambientales, empleando un tubo de ensayo y un baño ultrasónico únicamente. Nuestros reactivos fueron: cloruro de níquel, tioacetamida como fuentes de níquel y azufre y, acetilacetona y rongalita como agentes complejantes. Los materiales resultantes fueron caracterizados con TEM y UV-vis, para obtener información de su tamaño, absorción y band gap entre otros. Agradecemos al Laboratorio de Microscopía Electrónica de Transmisión por el uso del TEM y al Laboratorio de Bionanoingeniería por facilitarnos el espectrómetro UV-vis. BGZP agradece a CONACyT por la beca 863944/637634.