VII Coloquio de Simulaciones Computacionales en Ciencias

El Centro de Nanociencias y Nanotecnologí de la UNAM te invita a

VII COLOQUIO DE SIMULACIONES
COMPUTACIONALES EN CIENCIAS

Sesión de estudiantes.
Talleres en: A, B, y C.

unam nacion

 

Agradecimientos: Proyecto grupal DGAPA-PAPIIT IG101124

El Laboratorio Virtual de Modelación de Materiales del Centro de Nanociencias y Nanotecnología-UNAM, invita al VI Coloquio de Simulaciones Computacionales en Ciencias, el cual se realizará de manera VIRTUAL del xx al xx de Agosto del 2023.
 

 

PROGRAMA

Sesión de Estudiantes - Lunes 21 de agosto

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 O2y la rotura del enlace O2∗ después de la primera hidrogenación, generando así Oy 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.

Sesión de Estudiantes - Martes 22 de agosto

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.

 

Sesión 1 - Miércoles 23 de agosto

– Fernando Rojas Íñiguez – Director Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM.

Exploring the landscape of two and one-Dimensional Materials: A Synergy of DFT and AIe

– Aldo Romero, Eberly Distinguished Professor  – Physics and Astronomy, West Virginia University.

Resumen

In this talk, I will introduce an innovative approach that combines a systematic symmetry-based method with graph neural networks to revolutionize structural search and design in materials science. I will provide a comprehensive explanation of the methodology, with a specific focus on the obtained geometries and the discovery of 

new crystal families featuring two and three species compositions. Though our methodology is general enough to work in any dimensionality, I will focus in two- and one-dimensional cases.  Furthermore, I will delve into the concept of graph neural networks and elucidate their significance in the realm of crystal structures. Demonstrating the versatility of this method, I will also explore potential applications beyond crystal structures that extend its reach to various other domains. I will provide insights into the systematic symmetry-based approach, sharing details on the screening process and introducing our transfer learning process aimed at optimizing crystal structures using the proposed Universal potential.

Moreover, I will discuss intriguing and previously unreported results that have emerged from this approach. Additionally, I will explore how existing databases can serve as valuable resources for theoreticians and experimentalists, aiding them in their quest for fascinating materials.

Join me as we embark on a journey to unlock the hidden potential of materials through this groundbreaking fusion of symmetry-based methods and graph neural networks.

Física Diferenciable: Aprovechando el Poder de la Diferenciación Automática para Simulaciones Físicas

– Rodrigo Alejandro Vargas-Hernandez – Faculty of Science, McMaster University

Resumen

La diferenciación automática (DA) ha surgido como una herramienta fundamental para mejorar la eficiencia y precisión del diseño inverso en sistemas físicos. Su versatilidad y capacidad para proporcionar cálculos de gradientes eficientes la hacen ideal para simular sistemas físicos complejos, incluido el diseño inverso molecular y los protocolos de control de estados estacionarios no equilibrados. En esta charla, profundizaremos en el uso de la DA en simulaciones físicas, explorando su potencial para optimizar objetivos de diseño teniendo en cuenta restricciones adicionales. Discutiré cómo la DA puede resultar en sistemas nuevos y mejorados, eliminando la necesidad de algoritmos de búsqueda exhaustiva que consumen tiempo. También resaltaremos la importancia de la DA en el campo de las simulaciones físicas y discutiremos sus implicaciones para la investigación y la innovación futuras.

Remoción de Pb2+ mediante grafeno oxidado obtenido a partir de Sargazo

– Julieta Gutierrez Ojeda – Modelación de Nanomateriales, CNYN-UNAM

Resumen

A pesar de que el grafeno es un material topológico con extraordinarias propiedades, el costo de síntesis limita sus aplicaciones tecnológicas. Por ello se ha indagado en alternativas de síntesis, por ejemplo, a partir de biomasa. Actualmente, el sargazo ha mostrado ser un problema ecológico dando como resultado un exceso de material el cual puede ser aprovechado para la obtención del grafeno. Por otro lado, se ha mostrado experimentalmente que el grafeno oxidado (GOs) captura metales pesados, como el Pb 2+ , disueltos en medios acuosos. En ese sentido, en el presente trabajo se realizó un estudio teórico-experimental de la interacción del Pb 2+ con las especies presentes en la superficie del GOs (COOH, OOH, OH y O). El cálculo de la energía de formación muestra que el COOH es el grupo funcional más favorable, no obstante, experimentalmente se ha identificado que la presencia del CO 3 promueve la adsorción del Pb 2+ en la superficie de GOs. Este resultado se comprobó mediante el cálculo de las interacciones no covalentes, ya que muestran la existencia de una interacción tipo Van der Waals entre el CO 3 de los Pb(CO 3 ) 3 con la superficie de GOs indicando que el -CO 3 tiene un rol importante durante el proceso de adsorción del Pb2+ .

Cálculo de las Propiedades Electrónicas y Ópticas de la Zeolita LTA-Sódica

Roberto Núñez González – Ciencias Exactas y Naturales, UNISON

 

Resumen

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos del cálculo de las propiedades electrónicas y ópticas de la Zeolita LTA Sódica. Los cálculos se hicieron con el paquete computacional WIEN2k, utilizando el potencial TB-mBJ. Partiendo de la estructura atómica optimizada de la zeolita, se calcularon las bandas de energía, la densidad de estados y propiedades ópticas.

Retos y desafíos en la implementación de un modelo predictivo mediante algoritmos de Machine Learning

– Rodrigo Domínguez García  – Coordinación de Tecnologías de la Información CIMAV

Resumen

Para llevar a cabo la implementación exitosa de un proyecto de Machine Learning, existen varios retos o desafíos que debemos enfrentar. El primer reto es comprender a fondo el problema que deseamos resolver, definir objetivos, alcances y criterios de evaluación para determinar la viabilidad de nuestra solución. El siguiente reto es la recopilación y procesamiento de los datos, abordando temas como inconsistencias en el manejo de variables, errores de captura, estrategias para manejar datos faltantes y atípicos, así como clases desbalanceadas, lo cual requerirá una gran parte del tiempo del proyecto. Otro desafío es realizar un análisis exploratorio de los datos para identificar variables relevantes que se utilizarán en los algoritmos de Machine Learning. Esto nos lleva al siguiente desafío, que es la selección de los algoritmos adecuados, comprendiendo sus fortalezas y limitaciones, y determinando cuál es el más apropiado para el caso en cuestión. Por último, pero no menos importante, está la interpretación de los resultados, comprendiendo cómo se toman las decisiones y cómo se generan las predicciones, lo cual puede requerir una exploración más profunda y un análisis de los factores más influyentes en las predicciones. Sortear todos estos desafíos es una tarea crucial que tendrá un impacto significativo en el rendimiento y la precisión de nuestro modelo predictivo.

Aprendizaje de máquina y optimización en la lucha contra patógenos.

– Carlos Brizuela – Ciencias de la Computación, CICESE

Resumen

La continua proliferación de agentes infecciosos capaces de resistir a los fármacos antimicrobianos actuales, se ha convertido en una de las mayores preocupaciones para la salud pública mundial. Esto a pesar del arsenal de moléculas pequeñas y más recientemente proteínas con las que se dispone para luchar contra estos patógenos. La computación juega un papel cada vez más relevante en el diseño de estos fármacos. La siguiente generación de diseño de proteínas con potencial farmacológico estará guiada por el enfoque conocido como diseño computacional libre de moldes, donde se busca que, sin intervención humana, los algoritmos generen moléculas pequeñas y proteínas con la actividad deseada. Analizaremos dos enfoques computacionales principales para el descubrimiento y diseño de proteínas con potencial terapéutico: aprendizaje de máquina y optimización combinatoria. En esta plática mostraremos cómo se usan actualmente estos enfoques para el descubrimiento y diseño de proteínas con potencial actividad contra patógenos como virus, bacterias y hongos. También describiremos algunos de los desafíos que se deben superar para avanzar en esta área del diseño libre de molde y la relación de estos con los proyectos que abordamos en el laboratorio de biocomputación del CICESE.

Sesión 2 - Jueves 24 de agosto

De modelo predictivo a priorización de diagnósticos médicos

Jorge Leonardo Santa – Erco Energía

Resumen

En este coloquio, nos adentramos en la exploración de modelos predictivos que encierran el potencial de enriquecer los diagnósticos médicos al priorizar casos de alta urgencia. Reflexionamos sobre los desafíos innatos que conllevan, incluyendo sesgos y la confianza médica en las decisiones automatizadas. Nos acercamos a una estrategia de colaboración entre humanos y máquinas, donde los médicos desempeñan un papel fundamental en el entendimiento y la implementación de los modelos. Reconocemos la trascendental relevancia de la diversidad de datos, estimulada mediante la colaboración con centros de investigación. A través de este coloquio, iluminamos el potencial de los modelos predictivos en la medicina, al tiempo que enfrentamos de manera reflexiva los obstáculos cruciales en su implementación efectiva.       

Soluciones de macroiones a concentración finita: una descripción teórica general más allá de la teoría clásica de iones puntuales

– Ivan Guerrero – Universidad Autónoma de San Luis Potosi

Resumen

Las suspensiones de macroiones o coloides cargados se encuentran en una gran variedad de sistemas de la vida diaria como las pinturas, los pigmentos, los lubricantes, los medicamentos, etc. Las propiedades de homogeneidad/agregación de estas suspensiones estan determinadas por las características de la nube iónica o doble capa eléctrica que neutraliza la carga coloidal. En esta plática, se presentarán algunos fenómenos que aparecen cuando uno va más allá de la descripción clásica de iones puntuales de la teoría de Poisson-Boltzmann incluyendo, por ejemplo, correlaciones iónicas, efectos de volumen excluido, efectos de polarización, etc. En particular, se presentará una implementación muy reciente en elemento finito de la solución de la ecuación de Ornstein-Zernike para un número arbitrario de especies iónicas con asimetría en tamaño y carga alrededor de un macroión central, incluyendo correlaciones iónicas y efectos de volumen excluido, J. J. Elisea-Espinoza, E. González-Tovar, G. I. Guerrero-García, J. Chem. Phys. 158, 224111 (2023).

Propiedades electrónicas y ópticas del sistema 2D arsénico-fósforo (2D-
As-P)

– José Mario Galicia Hernández – Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM

Resumen

En la presente charla, se presentan los resultados de las propiedades electrónicas y ópticas de un sistema 2D híbrido constituido por arsénico y fósforo. Los sistemas propuestos están basados en las fases estables del arseneno y fosforeno, las cuales corresponden a arreglos de tipo hexagonal y tetragonal. De acuerdo a los modelos construidos, se plantea la posible existencia de una estructura de tipo hexagonal, y de tres de tipo tetragonal. Se calcularon las dispersiones fonónicas para cada uno de estos sistemas, y tomando en cuenta la existencia de frecuencias vibracionales positivas como criterio de estabilidad, se encontró que la fase hexagonal es estable, así como dos de tipo tetragonal. Para las estructuras estables, se calculó la estructura de bandas y las densidades de estados proyectadas, para describir las propiedades electrónicas de cada sistema, asimismo, se calculó el valor de la brecha energética prohibida para cada estructura haciendo uso de la aproximación GW, a fin de corregir el valor subestimado obtenido a través de la aproximación DFT a nivel estándar. De igual manera, se presentan los resultados de las propiedades ópticas, los cuales incluyen el cálculo de la parte imaginaria de la función dieléctrica a partir de la aproximación BSE, con lo cual fue posible obtener las energías de enlace del excitón para cada estructura estable. Finalmente, se discuten las posibles aplicaciones de estos sistemas, así como las mejoras de estos materiales híbridos en relación con los sistemas puros.

Spin-orbit coupling effects in single-layer phosphorene: a Slater-Koster tight-binding model

– Francisco Mireles – Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM

Resumen

Phosphorene has a puckered honeycomb crystalline structure described by an unit cell of four phosphorous atoms arranged with a nonsymmorphic symmetry, which together with its sp3 covalent hybridization, collude to its very unique anisotropic electro-optic, thermo-electric, and mechanical properties [1,2]. Here I will present a theoretical study of the electronic bandstructure of monolayer phosphorene under the influence of spin orbit interaction effects based in an analytical multiorbital Slater-Koster tight-binding approach. Our focus is on the spin-orbit coupling effects of the Rashba and intrinsic type. From our analytical tight binding model we derive low energy continuum Hamiltonians describing the dominant presence of an anisotropic Rashba effect at the -symmetry point, as well as a leading intrinsic spin-orbit effect at the S-point. It is shown that, at low energies and in the absence of spin-orbit coupling effects, a minimal admixture of and atomic orbitals suffice to reproduce the known anisotropy of highest valence and the lowest conduction bands at the -symmetry point as predicted by density functional theory (DFT) and methods [2,3]. In contrast, the inclusion of the and atomic orbitals are of outmost importance for the full description of the spin-orbit interaction effects in phosphorene. Useful analytical expressions for the Rashba and intrinsic parameters in terms of the relevant Slater-Koster parameters were also derived. The model predicts an intrinsic spin-orbit splitting of about 20 meV at the S-point, and a rather strong anisotropy in the extrinsic Rashba spin-splitting energies, yielding about 59 micro-eV in the -Y direction, and about 3 micro-eV in the -X direction at typical external fields and carrier densities. In addition, simple formulas for the interband dipole-strengths are provided, revealing the nature of the strong anisotropic behavior of its lower bands. Our low energy effective Hamiltonian models for phosphorene might be useful for the study of optoelectronic, electronic and spin transport properties in monolayer phosphorene and its nanoribbons with sizable spin-orbit interaction effects [4].

Acknowlegments: This work was carried out with the support of DGAPA UNAM through the project PAPIIT IN113920.

[1] F. Xia, H. Wang, and Y. Jia, Nature Communications 5, 4458 (2014).
[2] P. E. Faria Junior, M. Kurpas, M. Gmitra and J. Fabian, Phys. Rev B 100, 115203 (2019).
[3] M. Milivojevic et al., arXiv:2306.10291v1 (2023).
[4] M. Peralta, D. Freire, R. González, and F. Mireles (to be published, 2023).0.

Exploring Electron Transport Regimes and Design Principles in Molecular Electronics: A Focus on Organic Conjugated system

– Julio L. Palma Anda – The Pennsylvania State University

Resumen

Molecular electronics has emerged as a dynamic and promising research area that investigates the electronic behavior of individual molecules. Recent experimental breakthroughs have enabled the precise measurements and manipulations of single molecules, propelling this field into a highly active realm of scientific exploration. Consequently, molecular electronics is envisioned to play a pivotal role in shaping future technologies, offering a diverse range of applications ranging from quantum computing to biosensors. In our research, we delve into the theoretical investigation of distinct electron transport regimes within molecular systems and explore the possibilities of fine-tuning transport properties through strategic chemical modifications. Our ultimate objective is to achieve control over and design specific electronic functionalities. Emphasizing our focus, we concentrate on organic conjugated systems and biomolecules, which hold potential as molecular wires, switches, or diodes at the nanoscale. One of the central aspects of our research revolves around the influence of quantum interference and how biomolecule sequences can shape the design principles of optimized molecular circuits. By harnessing the intricate interplay between quantum effects and molecular structure, we seek to unravel novel avenues for engineering advanced electronic functionalities.

Density functional theory and machine-learned density functionals

– Kieron Burke, Distinguished Professor in Chemistry and Physics – University of California Irvine

Resumen

Modern density functional theory is the world’s most popular tool for electronic structure calculations in materials, chemistry, condensed-matter physics, and many other sciences, with 50,000 papers being published each year.   I will review DFT and show how modern machine learning techniques are being employed to analyze, speed-up, and even overcome fundamental limitations of present DFT calculations. This includes machine-learning for properties, for interatomic potentials, and even for the functionals themselves.   

* Finding Density Functionals with Machine Learning, Snyder, John C., Rupp, Matthias, Hansen, Katja, Müller, Klaus-Robert and Burke, Kieron, Phys. Rev. Lett. 108, 253002 (2012)

* Bypassing the Kohn-Sham equations with machine learning, Brockherde, Felix, Vogt, Leslie, Li ,Li, Tuckerman, Mark E, Burke, Kieron and Muller, Klaus-Robert, Nature Communications 8, 872 (2017)

* Retrospective on a decade of machine learning for chemical discovery,  O. Anatole von Lilienfeld and Kieron Burke, Nature Communications 11, 4895 (2020)

* Kohn-Sham Equations as Regularizer: Building Prior Knowledge into Machine-Learned Physics , Li Li, Stephan Hoyer, Ryan Pederson, Ruoxi Sun, Ekin D. Cubuk, Patrick Riley, and Kieron Burke, Phys. Rev. Lett. 126, 036401 (2021).

Sesión 3 - Viernes 25 de agosto

Fases topológicas: el laboratorio de la física de altas energías
y la gravitación

– José Alberto Martín Ruiz – Instituto de Ciencias Nucleares, UNAM

Resumen

La mayoría de los estados o fases de la materia condensada se han logrado entender gracias al concepto de rompimiento espontáneo de simetrías introducido por Lev D. Landau a mediados del siglo pasado. En los últimos años han surgido materiales que eluden el esquema de clasificación de Landau, pues el orden que los caracteriza no puede describirse en términos de una reducción de simetrías. Existe algo más profundo que subyace a la estructura electrónica y que nos permite clasificar a estas nuevas fases de la materia: la topología. La topología es la rama de las matemáticas que estudia las propiedades de los espacios que son invariantes bajo deformaciones continuas. Esta idea se ha extendido a la física de la materia condensada y nos ha permitido clasificar nuevas fases de la materia en términos de invariantes topológicos.

Además de sus prometedoras aplicaciones tecnológicas, el estudio de las fases topológicas es atractivo desde el punto de vista teórico, pues proporciona un puente entre la física de materia condensada y la física de altas energías, convirtiéndose así en un banco de pruebas para fenómenos físicos que antes eran exclusivos de las partículas elementales. En esta charla discutiremos la emergencia de cuasipartículas relativistas y anomalías cuánticas en sistemas cristalinos con topología no trivial, así como sus consecuencias más importantes en el transporte electrónico y térmico.

La Inteligencia Artificial en Astronomía, aplicaciones y retos

– Miguel Aragón Calvo – Instituto de Astronomía, UNAM

Resumen

La inteligencia artificial está revolucionando todas las áreas de nuestras vidas y la astronomía no es la excepción. En esta charla voy a mostrar aplicaciones de inteligencia artificial incluyendo la identificación de estructuras cósmicas, caracterización de galaxias, modelado con redes con restricciones físicas. Discutiré los retos que representa esta nueva tecnología y trabajo a futuro.

Simulaciones computacionales enfocadas al estudio de los MXenes y sus aplicaciones tecnológicas

– Rodrigo Ponce Perez – Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM

Resumen

Los MXenes son una nueva familia de materiales bidimensionales formados por carburos o nitruros de metales de transición. Desde su primera síntesis en 2011, los MXenes han demostrado ser excelentes candidatos para su aplicación en electrónica, almacenamiento de energía, catálisis, espintrónica, optoelectrónica, entre otros. Durante esta platica se mostrarán los resultados obtenidos de la aleación Ti 2 Ta 2 C 3 como ánodo en baterías de Li-ion. Los resultados muestran que la aleación Ti-Ta posee mejores propiedades electroquímicas que el MXene prístino Ti 4 C 3 , lo que implica una mayor capacidad de almacenamiento de iones de Li y una mayor vida útil del dispositivo. También se mostrarán los resultados obtenidos de la formación de una interface FM/AFM formada por los MXenes Cr 2 NO 2 y Cr 2 CF 2 . Los resultados muestran la estabilidad dinámica de la estructura, además, los cálculos demuestran que un acoplamiento antiferromagnético entre ambos MXenes es la configuración más favorable, este acoplamiento toma importancia debido a que es un prerrequisito para que el fenómeno conocido como exchange-bias pueda ocurrir, dicho fenómeno es utilizado en el grabado magnético de información.

Computational tools to elucidate the catalytic mechanism of enzymes with biomedical implications

Fabiola E. Medina – Departamento de Química, Universidad Bío-Bío.

 

Resumen

The hydrolysis of carbapenem antibiotics by metallo-β-lactamase enzymes (MBLs) is a biologically crucial reaction that promotes antibiotic resistance. Therefore, these enzymes present fascinating pharmacological targets, particularly those of the VIM type. Keeping this in mind, we recently published the catalytic mechanism of meropenem hydrolysis by a VIM-1 MBL enzyme. We investigated the chemical reaction using hybrid QM/MM calculations through the ONIOM methodology.
We will discuss how the utilization of hybrid QM/MM methods contributes to elucidating the reaction coordinates and the most significant electrostatic interactions involved in the rate-limiting step of the reaction. Additionally, the insights gained from these studies aid in better comprehending the active site architecture and hydrolysis reaction of carbapenem antibiotics by the VIM-1 enzyme.

Spin-splitting and spontaneous Hall effect in altermagnets

– Rafael Julián González Hernández – Universidad del Norte

Resumen

Dissipation-less transverse Hall currents have been a topic of intense research for over a century, due to their intriguing quantum, relativistic, and topological origins. These currents are attributed to the breaking of time-reversal symmetry, typically induced by magnetization in ferromagnetic materials like iron. However, a new phenomenon known as the crystal Hall effect [1] has been discovered, which is induced by altermagnetism resulting from the interplay of collinear antiferromagnetism and nonmagnetic atoms in the crystal structure.

[1] Libor Šmejkal, Rafael Gonzalez-Hernandez, Tomas Jungwirth, Jairo Sinova, Crystal time-reversal symmetry breaking and spontaneous Hall effect in collinear antiferromagnets.Sci. Adv.6,eaaz8809(2020).

The Unbearable Lightness of Dark Matter

– Sinéad Griffin – Theory of Nanostructured Materials, Lawrence Berkeley National Laboratory

Resumen

The nature of dark matter remains one of the biggest mysteries in our current understanding of the universe. As ongoing experiments continue to rule out large regions of phase space for higher-mass dark matter (e.g. WIMPs), new ideas for the direct detection of low mass (sub-GeV) are needed. In this talk I will discuss how quasiparticle phenomena in quantum materials are apt for the direct detection of low mass dark matter. I will describe our strategy of designing bespoke Hamiltonians in solid-state systems to maximally couple to well-motivated dark matter models, and how these can be realized in both existing and hypothetical materials. These range from ‘boring’ semiconductors such as Si and GaAs to more exotic systems like topological insulators  and Vonnegut’s Ice-9. I will also discuss how a symmetry-enforced design strategy was used to explore QCD axion electrodynamics in a crystal. Finally, I will give a solid-state theorist’s perspective on the challenges in dark matter direct detection, and how many of the hurdles will require input and collaboration across physics, chemistry, materials science and engineering.

INVITADOS

Chemistry, University of California Irvine

Theory of Nanostructured Materials, Lawrence Berkeley National Laboratory

Physics and Astronomy, West Virginia University

Instituto de Astronomía, UNAM

Chemistry, Pennsylvania State University

Instituto de Ciencias Nucleares, UNAM

Ciencias de la Computación, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada

Química, Universidad del Bío-Bío

TALLERES

Talleres cortos sin costo, con una duración de 4-5 horas. Se dará constancia a quien complete cada taller.

Inscripción al final de la página.

Nota: En el formulario de inscripción, por favor especificar el taller al que se quiere inscribir.

Las sesiones de estudiantes y las pláticas serán abiertas y podrán accesar via ZOOM: 

Link: https://us06web.zoom.us/webinar/register/WN_NQzGNNb6TnKFxE4qkNII8A

Los talleres se impartirán de las 15:00 a las 19:00 hrs.

INSCRIPCIÓN

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