El proyecto consiste en investigar el alcance de los dos métodos desarrollados por nuestro grupo aplicándolos ahora a:_x000D_ _x000D_ i) la generación de estructuras amorfas de sistemas covalentes y metálicos_x000D_ ii) la generación de estructuras nanoporosas de semiconductores y metales;_x000D_ _x000D_ esto nos permitirá definir la cobertura y la calidad de nuestros enfoques y su aplicabilidad a la determinación, estudio o predicción de cualquier sólido amorfo o poroso._x000D_ _x000D_ En nuestro grupo se han desarrollado dos procesos computacionales diferentes, uno para generar materiales amorfos sin fundir el sólido, al que le llamamos "the undermelt-quench process"; el otro es un método para generar materiales amorfos nanoporosos, que identificamos con el nombre en inglés de "the expanding lattice method". Ambos han sido ya publicados y probados en algunos materiales semiconductores y ahora queremos generalizarlos a sistemas metálicos y a otros sistemas semiconductores, como los calcogenuros._x000D_ _x000D_ El método del calentado por abajo del punto de fusión y luego enfriado a muy bajas temperaturas (the undermelt-quench process) fue desarrollado por el responsable de este proyecto (A. Valladares) y consiste en calentar una supercelda cristalina del material, con condiciones periódicas, hasta algunos grados por abajo del punto de fusión para luego enfriarlo a la misma razón térmica hasta temperaturas muy bajas. El material así tratado se amorfiza ya que de inicio el código computacional utilizado le da una 'patada' estocástica al sistema lo que le impide regresar a su estructura cristalina, permaneciendo amorfo, (Ver Ref. 66 abajo). Nuestros estudiantes han desarrollado variantes de este proceso para aplicarlo a sus trabajos personales en el desarrollo de sus tesis de grado. _x000D_ _x000D_ El método de la celda en expansión (the expanding lattice method) es un proceso computacional nuevo, muy sencillo, desarrollado por los tres participantes en este proyecto, Drs. A.A. Valladares, R.M. Valladares y A. Valladares, y consiste en construir superceldas cristalinas con condiciones periódicas a la frontera con un número grande de átomos y una densidad cercana al valor real cristalino. A continuación la supercelda se expande a un volumen tal que la densidad resultante sea la que queremos estudiar (las distancias interatomicas se expanden proporcionalmente). Después se hace dinámica molecular en la estructura expandida a diversas temperaturas y se observan los poros generados en este proceso. (Ref. 71)_x000D_ _x000D_ En los siguientes dos trabajos de revisión, POR INVITACIÓN, se encuentran exposiciones de nuestros métodos ya publicados en la literatura:_x000D_ _x000D_ ----66.- A new approach to the ab initio generation of amorphous semiconducting structures. Electronic and vibrational studies, Ariel A. Valladares, Review Paper (Chapter 3) in: GLASS MATERIALS RESEARCH PROGRESS, Editors: Jonas C. Wolf and Luka Lange, pp. 61-123 © 2008 NOVA Science Publishers, Inc. ISBN 978-1-60456-578-2._x000D_ _x000D_ ----71.- A New Approach to the Computer Modeling of Amorphous Nanoporous Structures of Semiconducting and Metallic Materials: A Review. Cristina Romero, Juan C. Noyola, Ulises Santiago, Renela M. Valladares, Alexander Valladares and Ariel A. Valladares, MATERIALS, 3 (2010) 467-502._x000D_ _x000D_ Es oportuno mencionar que esta serie de proyectos, y su desarrollo han recibido el apoyo sistemático, aunque limitado, de la DGAPA UNICAMENTE.

El campo de los materiales desordenados es sumamente complejo por que por un lado no hay argumentos de simetría o de periodicidad que sirvan de apoyo, mientras que por otro lado hay suficiente evidencia experimental para determinar si una estructura atómica generada computacionalmente es adecuada o no. Una vez determinada la estructura atómica de un sólido desordenado se puede proceder a calcular sus propiedades topológicas, electrónicas, ópticas y vibracionales. Si las predicciones computacionales concuerdan con los resultados experimentales podremos afirmar que la estructura generada es representativa del material desordenado; si no, es necesario encontrar otros métodos para generarla buscando siempre este acuerdo con el experimento. Una vez que se encuentra un proceso generador de estructuras amorfas que conduzca a propiedades congruentes con el experimento se puede dar el salto predictivo para obtener nuevas propiedades de materiales conocidos o para generar nuevos materiales con características ad hoc para su incorporación a la búsqueda experimental y para su posible aplicación._x000D_ _x000D_ Nuestro proyecto es innovador por que, si bien se han hecho propuestas de métodos computacionales para generar estructuras amorfas, ninguno se basa en un proceso como el nuestro que consiste en calentar superceldas cristalinas hasta temperaturas por ABAJO de la de fusión. Uno de los métodos más socorridos en la literatura es el de 'licuar' computacionalmente muestras cristalinas para luego enfriarlas (melt-and-quench, como se le conoce). Este proceso trae como consecuencia la generación de estructuras líquidas que, cuando se enfrían, mantienen memoria de sus características cuando estaban en el estado líquido. Por ejemplo, los semiconductores, como el silicio o el germanio, se vuelven conductores en el estado líquido y al ser enfriados las estructuras resultantes poseen un exceso de enlaces que las convierten en estructuras sobrecoordinadas. Como consecuencia, cuando se estudian las propiedades electrónicas, ópticas o vibracionales de estas estructuras se obtienen resultados discrepantes del experimento. Como se verá posteriormente nuestros resultados son mucho mejores que los obtenidos antes de nuestro método, lo cual lo valida parcialmente y nos empieza a insertar en la comunidad internacional._x000D_ _x000D_ La contribución de nuestro proyecto al campo de los amorfos es lograr establecer topologías atómicas de materiales desordenados que sean realistas y que representen lo mejor posible a estos sólidos, utilizando para ello el método undermelt-quench, o alguna de sus variantes. Para ello habremos de completar el trabajo de producir estructuras de aleaciones del tipo Si-C, Si-Ge, In-Se, Se-Ge, Al-Si y Cu-Zr, y habremos de estudiar sus propiedades electrónicas ópticas y vibracionales según los experimentos que haya, para adquirir confiabilidad y capacidad predictiva en el área._x000D_ _x000D_ En lo que se refiere al método de la expanding lattice, siendo reciente, requiere de un proceso más extenso de validación, que es el que pretendemos realizar con el apoyo de la DGAPA. Dado que nuestros métodos preferencialmente se basan en códigos ab initio, el tamaño de la superceldas que podemos manejar es muy limitado. Por ello los poros que hemos generados con estos métodos de primeros principios se ubican en el regimen nano. Recientemente hemos incursionado en el campo de los potenciales empíricos tratando de agrandar las superceldas consideradas pero los resultados obtenidos tienen que ser complementados y analizados para conocer su relevancia en la descripción de materiales amorfos nano y meso porosos reales. _x000D_ _x000D_ Por ello generaremos las estructuras atómicas de materiales nanoporosos amorfos de los metales nobles: Cu, Ag, Au, y sus aleaciones. Estudiaremos algunas de sus propiedades como la estructura electrónica y sus espectros vibracionales y compararemos con el experimento, cuando haya.