VI Coloquio de Simulaciones Computacionales en Ciencias

Selectividad en la reacción de reducción de oxı́geno sobre grafeno dopado con Nitrogeno y su relación con el momento magnético

– Luis Angel Alvarado Leal – Universidad Autónoma de Nuevo León

Resumen

La reacción de reducción de oxígeno (ORR) tiene un gran potencial para la generación de energía limpia y para la remediación ambiental, lo que la hace de gran interés en la investigación actual. El control de la selectividad hacia la vía de cuatro electrones en la ORR es un tema importante en este ámbito. En este estudio, se emplearon cálculos de teoría funcional de la densidad para examinar en detalle el papel que desempeñan los metales de transición como catalizadores de un solo átomo (SACs) en la ORR. Se utilizó una monocapa de grafeno dopada con nitrógeno sobre la cual se aislaron adatomos de metales de transición, etiquetada como TM N4V2 (donde TM representa los metales de transición Cr, Mn, Fe, Co, Ni, y Cu, N indica las especies de nitrógeno piridínico y V indica vacantes de carbono). Los resultados mostraron que el momento magnético presente en Cr, Mn y Fe favoreció una fuerte quimisorción de O2∗ y la rotura del enlace O2∗ después de la primera hidrogenación, generando así O∗ y OH∗ (mediante un mecanismo disociativo que podría conducir hacia la vía de cuatro electrones). En el caso de Co, con su menor momento magnético, también se observó una molécula quimisorbida de O2∗; sin embargo, la reacción siguió un mecanismo asociativo, ya que después de la primera hidrogenación se formó OOH∗. Posteriormente, la reacción también procedió hacia la vía de cuatro electrones. Se encontró que las monocapas con Fe y Mn tenían los sobrepotenciales más bajos, lo que las convierte en las mejores opciones como catalizadores para la ORR de cuatro electrones. En el caso de los átomos no magnéticos como Ni o los de bajo momento magnético como Cu, solo interactuaron débilmente con O2 mediante un mecanismo de fisisorción, lo que condujo a la vía de dos electrones. Los resultados de este estudio proporcionan información importante sobre los parámetros, como el momento magnético, que pueden estar influyendo en la selectividad de la ORR hacia la vía de cuatro electrones en los SACs, lo que contribuirá al desarrollo de nuevos materiales electrocatalíticos adecuados para diversas aplicaciones.

Agradecimientos: Agradecemos a los proyectos DGAPA-UNAM IN105722, IN111223 e IA100822. Los cálculos se realizaron en el Centro de Supercomputación DGCTICUNAM, proyectos LANCAD-UNAM-DGTIC-051, LANCAD-UNAM-DGTIC-368 y LANCADUNAM-DGTIC-382.

Superficies de Mn3Ge: Efecto de las vacancias en el ordenamiento tipo Kagome

– Samuel Flores Garcia – Universidad Autónoma de Baja California

Resumen

El Mn3Ge en fase hexagonal con grupo espacial P63/mmc es un material antiferromagnético no colineal con ordenamiento tipo Kágome. Recientemente ha llamado la atención de la comunidad científica por sus propiedades como material topológico. La forma de su estructura de bandas le confiere estas propiedades y éstas son sensibles a su ordenamiento antiferromagnético. Se realizaron cálculos considerando el efecto spin orbita para el material en bulto y sus superficies (001). Comparamos los resultados obtenidos, con resultados experimentales de la literatura. En la primera capa de la superficie el Ge sufrió un desplazamiento en dirección c, la magnitud de los momentos magnéticos aumentó un 20% y el ordenamiento Kágome se mantuvo. Se compararon los cambios en la estructura de bandas de la superficie con el bulto y se ubicaron las bandas planas. Además se crearon defectos de vacancias en las primeras dos capas para estudiar los efectos de estabilidad en superficie. El ordenamiento de los momentos magnéticos se mantuvo para la vacancia del Ge en la primera capa y se rompió para la vacancia de Ge en la segunda capa. Nuestros resultados sugieren que el ordenamiento antiferromagnético es más robusto ante la presencia de defectos que el ordenamiento ferromagnético del Mn3Ga.

Agradecemos al Proyecto DGAPA-UNAM IA100822. Los cálculos se realizaron en el centro de supercómputo UNAM proyecto LANCAD-UNAM-DGTIC-368, LNS-BUAP proyecto 202201042N e THUBAT KAAL IPICYT proyecto TKII-JGSA001.

Cálculos de primeros principios de propiedades ópticas y estructura electrónica del β-Be3N2

– Juan Jose Nava Soto – Centro de Investigaciones en Óptica

Resumen

La búsqueda de materiales cuyas propiedades puedan satisfacer demandas específicas continúa. Dentro de la rama de la optoelectrónica, esta búsqueda se ha concentrado en materiales que tengan rangos de absorción en zonas específicas del espectro, para ser usados como herramientas de sensado y detección [1]. En particular, el nitruro de berilio en fase beta (β-Be3N2) se caracteriza por tener una estructura hexagonal, y por lo tanto, una respuesta óptica isotrópica en el plano de la estructura [2]. La estructura de bandas electrónica y el espectro de respuesta óptica del (β-Be3N2) se obtuvieron mediante el uso de la Teoría del Funcional de la Densidad dentro de la Aproximación de Gradiente Generalizado (GGA). Se observa, en base a su estructura de bandas, que el material muestra una naturaleza aislante, con una brecha indirecta. Las correcciones de energía a las bandas se calcularon en un conjunto específico de puntos k dentro de la zona irreducible de Brillouin empleando la aproximación GW y la estructura de bandas de cuasipartícula se determinó utilizando funciones de Wannier completamente localizadas. La respuesta óptica, incluidos los efectos excitónicos, se calcula y se compara con los resultados presentados anteriormente. 

Palabras clave: ab initio, aproximación GW, efectos excitónicos.

Referencias:

[1] Sang, L., Liao, M., & Sumiya, M. (2013). A comprehensive review of semiconductor ultraviolet photodetectors: from thin film to one-dimensional nanostructures. Sensors, 13(8), 10482-10518.

[2] Zarmiento-García, R., Reyes-Serrato, A., & Xiao, M. (2018). First principles study of electronic structure and optical properties of beryllium nitride in β phase (β-Be3N2). Optik, 160, 109-115.0.

Adsorción e inactivación de moléculas contaminantes en la superestructura Borofeno/Al(111): un estudio DFT

– Gabriel Martinez Gutierrez – Adscripción

Resumen

El borofeno es un material bidimensional con diversas formas estructurales. La configuración de red hexagonal también conocida como forma de panal, se sintetizo experimentalmente en superficies de Ag(111) y Al(111). Se ha informado de que el borofeno en Al(111)-borofeno/Al(111)- es estructuralmente mas estable que el borofeno/Ag(111). Debido a la extraordinaria reactividad superficial que presentan los materiales bidimensionales en forma de panal, se han considerado candidatos prometedores para dispositivos sensores de gas. En este trabajo, investigamos mediante teoría funcional de la densidad (DFT) la viabilidad del borofeno/Al(111) para adsorber moléculas toxicas: dióxido de nitrógeno (NO2), monóxido nítrico (NO), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2) y dimetilsulfóxido (DMSO). Nuestros resultados muestran que el borofeno/Al(111) es un buen atrapador de gases, y también puede disipar las moléculas toxicas en su elemento atómico, que se incorporan a la estructura del borofeno. Todas las moléculas probadas fueron adsorbidas y disociadas por el borofeno/Al(111), excepto el CO2. Calculamos los mapas de potencial electroestático (MEP) para examinar la evolución de la superficie potencial de los modelos a lo largo del mecanismos de adsorción y disociación de las moléculas

Agradecemos a los proyectos DGAPA-UNAM IN105722, IA100920, y la subvención del Conacyt A1-S-9070, por el financiamiento parcial Los cálculos se realizaron en el DGCTIC-UNAM centro de supercomputo, proyectos LANCAD-UNAM-DGTIC-051, LANCAD-UNAM-DGTIC-368 y LANCAD-UNAMDGTIC-382. Agradecemos a A. Rodríguez-Guerrero al apoyo tecnico.

Estudio teórico sobre el mecanismo de interacción en sistemas acuosos de surfactantes confinados tipo película liquida delgada por simulación dinámica molecular

– Jonathan Rene Santos Castillo – Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.

Resumen

En este trabajo presentamos la simulación dinámica molecular de dos sistemas de películas líquidas delgadas: película negra de Newton y película negra común. Estas películas se encuentran estabilizadas con docecil sulfato sódico a diferentes condiciones de presión para la tipo Newton y en diferentes concentraciones de agua para la común. Se usaron los ensambles NPT semi-isotrópicos e isotrópico con condiciones periódica de frontera activadas, para calcular las propiedades promedio de tensión superficial y una presión de disyunción teórica con apoyo de la función de Gibbs. Para los modelos utilizamos el campo de fuerzas OPLS-AA, en ambos sistemas es posible observar el comportamiento de las interacciones intermoleculares del surfactante por debajo de la concentración micelar critica en condiciones de confinamiento forzado por la presión de bulto, llegando a formar arreglos moleculares tipo micelas en algunos casos. El modelado y estudio de estas interacciones dependerá mucho de los modelos y parámetros iniciales que describen las interacción de largo y corto alcance. Estos cálculos computacionales ayudan a dar indicios de lo que sucede en condiciones experimentales de sistemas acuosos confinados en la escala molecular.

Efecto Hall Anómalo en Óxido de Hierro (α-Fe2O3)

– Oscar Martinez Castro – Universidad del Norte

Resumen

En este trabajo se muestran los avances de investigación en el estudio del efecto Hall anómalo del óxido de hierro α-Fe2O3 con distintas configuraciones magnéticas, utilizando la teoría funcional de la densidad y la representación de Wannier. Se observó la dependencia de las propiedades electrónicas, estructurales, magnéticas y de transporte para los distintitos acoples magnéticos, teniendo en cuenta la interacción espín orbita y el parámetro de Hubbard. Igualmente se determinó que el compuesto presenta el comportamiento de un material semiconductor de gap de energía indirecto de aproximadamente 2.2 eV siendo este valor cercano al reportado experimentalmente para el caso antiferromagnetico. Se encontró además un gap de energía de 1eV para el caso ferromagnético y un comportamiento metálico para el caso no magnético. Estos resultados nos indican que el material puede ser modulado magnéticamente y por tanto presenta un potencial uso en posibles aplicaciones para espintrónica.

Studying the oxidation of siligene

– Luis Guillermo Villarreal Franco – Universidad Autónoma de Nuevo León

Resumen

Density functional theory calculations were implemented to study the oxidation procces of the two-dimensional material siligene. We started studying the interaction of a single O atom with the monolayer and then for the O2 molecule and its dissociation over the surface, the results show that the Si face of the monolayer is more active in the adsorption of oxygene in contrast with the Ge face, which can be compared to the high reactivity of silicene against that of germanene when adsorbing oxygene. Different diffusion pathways in both faces of the monolayer were studied to find the one with the minimum energy barrier and again it is revelead that it is the Si side of siligene the more favorable one for the diffusion of a single O atom on the surface. Finding that the O atom has a more favorable adsorption in the epoxi site of the Si face and considering the feasibility of its diffusion along the monolayer we proceded to study a fully oxidated siligene monolayer (SiOGe). This study gives insight in posible considerations for the use of the two dimensional material siligene due to its easy oxidation and with the fully oxidated monolayer is expected that other potential applications might be found.

We thank DGAPA-UNAM projects IA100822 and IN101523 for partial financial support. Calculations were performed in the DGCTIC – UNAM Supercomputing Center projects LANCADUNAM-DGTIC-368 and LANCAD-UNAM-DGTIC-382. JGS acknowledges LNS-BUAP project 202201042 N and THUBAT KAAL IPICYT supercomputing center project TKII-JGSA001 for their computational resources. We thank E. Murillo and Aldo Rodriguez-Guerrero for technical support and useful discussions.

Análisis a escala atómica de la estabilidad termodinámica de la interfaz entre MnAl y CoAl

– Rocio Gonzalez Diaz – Centro de Nanociencias y Nanotecnología.

Resumen

Para la fabricación de memorias magnéticas de acceso aleatorio (MRAM) es necesario que las uniones túnel magnéticas (MTJ), apartir de las cuales son diseñadas, presenten anisotropía magnética perpendicular (PMA) y magnetoresistencia de efecto túnel (TMR). Recientemente, un estudio experimental señala a la heteroestructura B2-CoAl/L10-MnAl como un candidato idóneo para la fabricación de dispositivos MTJ. En este trabajo se hizo un estudio de las superficies CoAl y MnAl, así como la interfaz CoAl/MnAl a través del uso de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) para evaluar su estabilidad termodinámica y estructural, así como sus propiedades electrónicas y magnéticas. Los resultados indican que la terminación más estable de CoAl es la terminada en Al, el mismo comportamiento se observa para el MnAl. Mientras que, para la interfase la interacción más estable ocurre entre la última capa de Al del CoAl y la primera capa de Mn del MnAl. Además, se observo que el efecto PMA es orginado principalmente por el MnAl, mientras que el CoAl no presenta un comportamiento magnético.

Control of Electronic and Spintronic Properties on Highly Porous Bilayer 2D Covalent Organic Frameworks (2D COFs)

– Daniel Maldonado López – Michigan State University

Resumen

Two-dimensional covalent organic frameworks (2D COFs) are layered crystalline organic porous materials. Their layered and porous nature makes them attractive as candidates for electronic, optoelectronic, and catalytic applications due to high surface area and modularity for their synthesis. However, their implementation is limited due to relatively poor π-delocalization. In this work, we computationally developed a freestanding intercalated bilayer 2D COF architecture. We systematically study the intercalation of first-row transition metals in the bilayer as a method to enhance and fine-tune its electronic properties, generating a total of 64 intercalated 2D COFs. We find that the concentration and position of transition metals drastically changes the 2D COFs’ electronic and magnetic properties. Based on their spin-polarized electronic structure, we highlight potential applications in photocatalysis and optoelectronics. Finally, we discover that several of these compounds present spintronic features including half-metal, half-semiconductor, and bipolar magnetic semiconductor behavior, which have not been widely studied for 2D COFs in the past and it is difficult to find in the same family of materials.

Nb2C and Nb2CO2 Monolayers as Anodes in Li-ion Batteries: A First Principles Study

– Raul Santoy Flores – Universidad Autónoma de Nuevo León

Resumen

The new generation of Li-ion batteries is based on integrating 2D materials into the electrodes to increase energy density while reducing charging time and size. 2D transition metal carbides and nitrides (MXene) materials offer ideal electronic properties such as metallic behavior, low energy barriers for Li-ion diffusion, and structural stability. This study focuses on Nb2C and Nb2CO2, which have shown promising Li-storage capacity, especially the oxidized phase. We propose a new Li super-saturation model to achieve a higher energy density and thus a higher theoretical gravimetric capacitance and to understand the role of O in the lithiation process. Using firstprinciples calculations based on Density Functional Theory (DFT), the results suggest increased energy density for both MXene monolayers in the Li super-saturation model. The oxidized phase, in particular, exhibits a remarkable gravimetric capacitance of 498 mAh/g.0.

Estudio a primeros principios de la heteroestructura MnO2/(grafeno-funcionalizado) y sus propiedades para almacenamiento de energía.

– Jesús Antonio Jiménez Juárez – IIM-UNAM

Resumen

Los óxidos de metales de transición se han estudiado ampliamente como materiales para la elaboración de electrodos para baterías y supercapacitores debido a que presentan una alta densidad energética y no son tan costosos. Sin embargo, presentan una alta expansión volumétrica durante los ciclos de carga y descarga, lo que causa estrés mecánico en el electrodo y limita su vida útil. Como alternativa, se han propuesto materiales híbridos en los que se combinan distintas nanoestructuras de carbono y óxidos metálicos, los cuales presentan una mayor vida útil y una mayor difusividad de los iones metálicos debido a que la matriz de carbono amortigua la expansión volumétrica del óxido y además provee mayor número de trayectorias de difusión para los iones. De entre los óxidos metálicos, el óxido de manganeso (MnO2) destaca por la gran cantidad de estructuras polimorfas que presenta, particularmente, las fases 𝛼 y 𝛿 se han estudiado como materiales para almacenar energía debido a su estructura cristalina, la fase 𝛼 presenta túneles en su estructura, mientras que la fase 𝛿 tiene múltiples capas, en ambas es posible la difusión de iones metálicos. En este trabajo se estudia de manera teórica las propiedades para almacenar energía de un material compuesto por grafeno funcionalizado con distintos grupos (OH, COH, COOH y NH2) y las fases 𝛼 y 𝛿 de MnO2. Se propusieron varios modelos para representar el electrodo grafeno-funcionalizado/MnO2 variando la concentración de los distintos grupos funcionales, y se realizaron cálculos de densidad de estados, capacitancia cuántica y densidad de carga para observar cómo los grupos funcionales modifican la estructura electrónica del material. Además, se hicieron cálculos de barreras de energía para la difusión de iones de Li en cada uno de los modelos propuestos usando el método NEB. De esta forma se dilucidó el efecto que tienen los grupos funcionales al interactuar con los iones de Li y como modifican las propiedades del material híbrido.

Evidencia de la presencia de oxígeno en TaN superconductor: evaluación teórica y experimental

– Victor Manuel Quintanar Zamora – CNyN-UNAM

Resumen

Las películas delgadas de nitruro de tántalo (TaN) exhiben superconductividad en un amplio intervalo de temperaturas críticas (Tc) reportadas hasta la fecha, que va desde 0.5 hasta 10.8 K [1,2]. Sin embargo, existe evidencia experimental que señala que las películas de este material contienen impurezas de oxígeno independientemente de la mezcla de gases empleada para su síntesis [3]. En el presente trabajo se analiza a escala atómica el efecto de sustituir diferentes cantidades de átomos de oxígeno en TaN con estructura cúbica centrada en las caras (FCC), para examinar el impacto de este átomo en las propiedades químicas, estructurales y electrónicas del material mediante la teoría del funcional de la densidad (DFT). Los cálculos incluyen un análisis de la energía de formación para comparar la estabilidad relativa de las diferentes configuraciones de TaOxN1-x FCC, curvas para explorar cambios en la densidad de estados (DOS) alrededor de la energía de Fermi, mapas de diferencia de densidad de carga (CDD) para observar la distribución de carga, así como mapas y perfiles de línea de la función de localización de electrones (ELF) para analizar los tipos de enlace de los diferentes sistemas. Además, se presenta una prueba de concepto experimental con una película delgada de nitruro de tántalo, sintetizada en un sistema de ultra alto vacío mediante la técnica de depósito por láser pulsado (PLD) en modo reactivo y caracterizada por espectroscopía de electrones fotoemitidos por rayos-X (XPS) “in situ”, difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y el método de las cuatro puntas. Los resultados experimentales muestran que la película de TaN contiene una cantidad considerable de impurezas de oxígeno, presenta exclusivamente una estructura cristalina FCC y exhibe resistencia cero a 2.99 K. Agradecimientos Se agradece al proyecto FORDECYT 272894 por brindar el financiamiento para la investigación experimental y al proyecto DGAPA-UNAM IA100822 por proporcionar el financiamiento para los cálculos computacionales. Los cálculos se realizaron en el centro de supercómputo DGCTIC-UNAM, proyecto LANCAD-UNAM-DGTIC-368. También se agradece a E. Murillo, Aldo Rodríguez-Guerrero y J.I. Páez-Ornelas por el soporte técnico; a David Domínguez, Eloísa Aparicio, Israel Gradilla y Francisco Ruiz por su apoyo en la caracterización de las muestras; y al CINVESTAV-Zacatenco por el uso del instrumento PPMS DynaCool.

Estudio teórico de la superficie (0001) del Bi2Te3, efecto de la relajación estructural y del acoplamiento espín-orbita

– Edgar Daniel Sánchez Ovalle – Universidad Autónoma de Nuevo León

Resumen

Mediante cálculos de primeros principios basados en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) se investigó la superficie (0001) del compuesto Bi2Te3, el cual es un aislante topológico. En este trabajo se estudió el efecto de la relajación de la superficie en los estados electrónicos del material así como del acoplamiento espin-orbita. Los resultados muestran que los estados permitidos de energía que cruzan al nivel de Fermi provienen de la monocapa de Bi2Te3 más expuesta de la superficie, mientras que las capas más internas conservan su carácter semiconductor. Se demostró que es necesario introducir el acoplamiento espín-orbita para replicar los estados reportados del Bi2Te3 además de que la relajación estructural juega un papel muy importante en los estados de superficie, por lo que debe ser considerada.

Comportamiento de nanotubos de nitruro de boro en agua a 300 K y 1 bar

– José Luis Godínez Pastor – Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Resumen

Los nanotubos de nitruro de boro (BNNTs) sintetizados con éxito por el grupo de Chopra en 1995, se han constituido como un material prometedor para la nanotecnología debido a sus propiedades como aislante eléctrico, su alta resistencia mecánica y estabilidad térmica. En biomedicina por ejemplo, se han propuesto para el transporte y la entrega de fármacos, como andamios de tejido, agentes químicos para la terapia de captura de neutrones de boro y electro-poración irreversible para el tratamiento del cáncer. Varias de estas aplicaciones son desarrolladas en medios acuosos, por lo que un estudio sobre el ordenamiento que ocurre a nivel microscópico y la determinación de las propiedades termodinámicas a condiciones específicas es relevante. En este trabajo, se utilizó la dinámica molecular clásica como método de simulación del sistema BNNT en agua. Observamos un ordenamiento orientacional de los nanotubos, el cual se presenta y se discute en términos de funciones de distribución orientacional. También se analiza la estructura del agua en presencia de los BNNTs.

Assessing the effects of surface functional groups on the Li storage capacities of Ti2Ta2C3 MXene anode materials

– Victor Hugo Medina Macias – CNyN-UNAM

Resumen

First-principles studies on Ti/Ta-based ordered alloy MXenes have demonstrated their viability as anode material in Li-ion batteries due to their promising electrochemical properties. However, the effect of surface functional groups on the lithiation and delithiation processes at atomic scale is currently unknown. Here we use first-principles DFT calculations to study the thermodynamic stability and the structural and electrochemical properties of O-, F-, Cl-, and OH-functionalized Ti2Ta2C3 ordered alloy MXenes in the Li intercalation process. Calculations show that surface functionalization with O, F, Cl, and OH is thermodynamically stable. Also, we demonstrate that the H3 high symmetry site is the most favorable configuration for the Li intercalation process. Electrochemical characterization is carried out employing Open Circuit Voltage (OCV) curves. Our results demonstrate changes in storage capacities depending on the functional group, with O-functionalized MXenes exhibiting larger storage capacities compared to other functional groups in Ti2Ta2C3 MXene anode materials. These results show how the functional groups affect the potential performance of Ti2Ta2C3 MXene materials in energy storage applications and provide insights for correctly selecting the functional group of the host material. We thank DGAPA-UNAM IN101523 and IA100822. Calculations were performed in the DGTIC-UNAM Supercomputing Center projects 150, 368, and 422. We thank E. Murillo, A. Rodriguez-Guerrero, and J.I. Paez-Ornelas for their technical support.

Estudio ab initio de la oxidación de sistemas 2D basados en dicalcogenuros de metales de transición

– Jair Othoniel Dominguez Godinez – Universidad Autonoma de Nuevo León

Resumen

Los dicalcogenuros de metales de transición han llamado la atención debido a sus exóticas propiedades físicas. Su fase semiconductora los vuelven potencialmente interesantes para aplicaciones en nanotecnología. En especial el MoS2 y el MoSe2 presentan una brecha de banda directa de 1.64 y 1.46 eV respectivamente. Lográndose sintetizar experimentalmente por métodos químicos y físicos. Se ha demostrado vía simulaciones computacionales de primeros principios y de dinámica molecular que estas monocapas en ambientes ricos de oxígeno tienen la capacidad de oxidarse, ya sea por la ventaja de doparlos o por que las monocapas se encuantran en una atmósfera con abundante O2. En este sentido nos hemos dedicado a estudiar el proceso de oxidación en estos sistemas 2D mediante cálculos de primeros principios basados en la teoría funcional de la densidad. Usando el formalismo de energías de formación se determinó que las fases oxidadas con una cobertura total en una de las caras son más estables en ambientes ricos en oxígeno que las monocapas prístinas. Finalmente se caracterizaron las estructuras oxidadas más estables para diferentes condiciones de crecimiento, mostrando que la cobertura total presenta una fase Janus, donde la cara que fue completamente oxidada muestra una potencial reactividad hacia moléculas con polaridad positiva en alguna de sus zonas, mientras que la cara con calcógenos permanece neutra. Finalmente se determinó que en cada paso de la oxidación las estructuras mantienen su carácter semiconductor, habiendo una transición de una brecha de banda directa a una indirecta.

Agradecemos a la DGAPA-UNAM los proyectos IA100822. Los cálculos se realizaron en los proyectos LANCAD-UNAM-DGTIC-368 del Centro de Supercómputo Miztli.

Análisis ab-initio de la dinámica de la red y el acoplamiento electrón-fonón de los monogermanidos: efectos del magnetismo

– José Andrés Núñez Ávila – Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Resumen

Se presenta un estudio del efecto del magnetismo en la dinámica de red y el acoplamineto electrón-fonón de la solución sólida Fe1–xCoxGe en la estructura no-centrosimétrica B20. Para ello, se han realizado cálculos de primeros principios, mediante la teoría del funcional de la densidad (DFT), usando el método de pseudopotenciales con bases mezcladas (MBPP) en dos diferentes fases: no-magnética (NM) y ferromagnética (FM). En particular, se analiza la evolución del momento magnético en función de la concentración de Co (x) en la solución sólida, así como su relación con las diferentes fases magnéticas encontradas en la solución. Se pone especial énfasis en las frecuencias y en el linewidth fonónico, con el fin de determinar la influencia del magnetismo en la dinámica de red. Debido a la importancia de la adecuada descripción del momento magnético, se examina y se contrasta el enfoque de escalamiento del espín (ssxc) en la energía de intercambio y correlación dentro de DFT, con el fin de determinar sus efectos en las propiedades de interés previamente mencionadas.

Understanding carboxylic acid surfactant adsorption and inhibition effect in area selective atomic layer deposition of ZnO on Cu and Cu2O.

– Luis Enrique López González – CNyN-UNAM

Resumen

Electronic device fabrication involves multiple steps, mainly thin film deposition, lithography, and etching. As the fabrication scale moves toward smaller sizes, achieving patterns <5 nm has become a significant challenge. In this context, it is necessary to study novel fabrication approaches that can either reduce the steps or processing in patterning methods[1].
The atomic layer deposition (ALD) process relays strongly on surface chemistry, providing an opportunity to limit growth to specific areas. One of the most studied approaches to accomplishing selective ALD is locally deactivating growth using self-assembled monolayers (SAMs)[2].
However, removal of the residual SAM is necessary for many applications, but it has not been well studied [3]. In this context, the search for novel molecules that can deactivate a specific surface stably and are easily removable is a major interest in improving selective deposition techniques. A promising candidate is a carboxylic acid SAM, which in contrast to other typically used SAMs, is quickly removed when immersed in water [4]
The aim of this work was to study the adsorption of the molecule acetic acid (AA) as a model of the head group of carboxylic acid SAM on the Cu (111) and the Cu2O (111) surface and assess the impact of diethylzinc (DEZ) ALD precursor in blocking effect based on the self-consistent periodic density functional theory (DFT) calculations. In our study, we included the most stable conformations for adsorption. Every selected configuration was assessed considering the electron-donating nature of the functional groups in the molecule and electron-withdrawing sites on the surface. The comparison between arrangements revealed interactions of different nature between the molecule and the studied surfaces. Interactions between AA and DEZ molecules on Cu2O (111) were also investigated. To understand the character of these interactions we studied the charge transfer between the formed molecule-surface bonds and the non-covalent interactions (NCI).

References
[1] D. Bobb-Semple, K.L. Nardi, N. Draeger, D.M. Hausmann, S.F. Bent, Area-Selective Atomic Layer Deposition Assisted by Self-Assembled Monolayers: A Comparison of Cu, Co, W, and Ru, Chemistry of Materials. 31 (2019) 1635–1645. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b04926.
[2] A.J.M. Mackus, M.J.M. Merkx, W.M.M. Kessels, From the Bottom-Up: Toward Area-Selective Atomic Layer Deposition with High Selectivity, Chemistry of Materials. 31 (2019) 2–12. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b03454.
[3] F.S. Minaye Hashemi, C. Prasittichai, S.F. Bent, Self-Correcting Process for High Quality Patterning by Atomic Layer Deposition, ACS Nano. 9 (2015) 8710–8717. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b03125.
[4] M.S. Lim, K. Feng, X. Chen, N. Wu, A. Raman, J. Nightingale, E.S. Gawalt, D. Korakakis, L.A. Hornak, A.T. Timperman, Adsorption and desorption of stearic acid self-assembled monolayers on aluminum oxide, Langmuir. 23 (2007) 2444–2452. https://doi.org/10.1021/la061914n.

Acknowledgments
We thank DGAPA-UNAM through the PAPIIT research projects: IA100822, IN105722, IN108821, IN113219, IN103220 and IG200320 for partial financial support. In addition, financial support was provided by CONACyT through the FORDECyT project 272894 and Basic Scientific Research A1-S-21084, A1-S-26789, A1-S-21323, and 21077. Calculations were performed in the DGCTIC-UNAM Supercomputing Center, projects LANCAD-UNAM-DGTIC-368 and LANCADUNAM- DGTIC-051. J.G.S. acknowledges THUBAT-KAAL IPICYT super-computing center for computational resources. The authors thankfully acknowledge the computer resources, technical expertise, and support provided by the Laboratorio Nacional de Supercomputo del Sureste de Mexico, LNS-CONACYT member of the network of national laboratories. We thank D. Domínguez, F. Ruiz, J. Mendoza, J. A. Díaz, I. Gradilla, E. Murillo, E. Medina, E. Aparicio, and Aldo Rodriguez-Guerrero for technical support. In addition, financial support was provided by CONACyT through the FORDECyT 272894, SENER-CONACyT 117373. Luis Enrique López González, thanks to CONACyT for the scholarship 784505.