El estudio sistemático de los cúmulos atómicos o también llamados nanomateriales Ha tomado una gran importancia en las últimas décadas de forma tal que han hecho surgir una nueva rama de la Física de Materiales llamada Nanociencia siendo ésta una de las ramas más activas. Esto se debe en parte a que este tema de investigación se ubica dentro de la revolución científica y tecnológica que estamos viviendo a nivel mundial dentro del ámbito de las Ciencias Físicas y Naturales. Descubrimientos recientes el área de cúmulos atómicos han comenzado a frutos importantes y vistosos en diversos campos que van desde la nanoelectrónica, en el desarrollo de nanosensores, láser, dispositivos catalíticos hasta en la medicina y en la biología como por ejemplo, en las aplicaciones de nanopartículas de oro y nanotubos de carbón en el tratamiento exitoso de tumores de cáncer con una mínima invasión al paciente. Que aunque aún se encuentren en fases de implementación en animales ofrecen una alternativa real para su utilización en humanos en el futuro próximo. El interés de este proyecto se concentra primordialmente en una idea muy reciente y muy novedosa. Se ha demostrado 1-3 que ciertos cúmulos atómicos de tamaños y composición muy específicos, pueden exhibir comportamiento de átomos reminiscentes de la tabla periódica y por lo tanto pueden ser comprendidos como si se tratara de “súper átomos”, formando una nueva “tabla periódica en la tercera dimensión”. Un ejemplo es: un cúmulo metálico de Al13 -. Cuyo comportamiento electrónico corresponde al de un ´halogenoide¨1. Aún más, recientemente se han combinado súper átomos halógenos (Al13-) con súper átomos (cúmulos) alcalinos: K3O y Na3O. Para sorpresa, éstos exhiben nuevas propiedades químicas poco relacionadas con los ¨átomos¨ padres que los conforman. Por ejemplo en la partícula Al13(K3O)3 observa un potencial de ionización de 2.49 y un segundo a 5.64 eV., ambos por cierto, menores que los de un átomo alcalino. Es este el tipo de estudios se ilustra el potencial de creación de nuevos materiales, con un control sin precedentes en sus propiedades físicas y electrónicas. En particular en este trabajo se proponen nuevos materiales que presentan fenómenos de ésta naturaleza. Un caso es: la propuesta de materiales compuestos a partir de cúmulos huevos o en forma de cajas ¨cage like structures¨ formadas de de ZnO, con cúmulos embebidos totalmente formados a partir de metales de transición. Un ejemplo de sistemas de ésta naturaleza es la particula(V7@ZnO17) que será abordada e éste proyecto. También se tratarán casos de nanopartículas dopadas con átomos de transición en sitios subsitucionales de átomos de Zn. Se propone igualmente el estudio de cúmulos metálicos y bi-metálicos y sus interacciones con superficies y con gases de O, O2, y atmósferas de Hidrógeno. En partícular se realizarán estudios de las propiedades electrónicas de cúmulos de Rh, ZnO,Au, Pt, Pd, Co, Cu y aleaciones pertinentes. Con el fin de estudiar sus propiedades electrónicas, magnéticas y de reactividad ante diferentes atmósferas. Algo que resulta importante de recalcar es que este desarrollo explosivo de esta nueva área de conocimiento no es casual, sino que se trata de la coincidencia en el tiempo, por un lado de los avances en el área experimental sobre la síntesis y control de estos materiales sin precedentes. Pudiéndonos brindar medidas experimentales con tamaños, pureza entre otras características perfectamente controladas. Y por otro, a los avances en las últimas décadas, tanto en el desarrollo tanto en sistemas de cómputo cada vez con más capacidad, como de algoritmos mecánico-cuánticos, capaces de realizar cálculos ¨realistas¨, mediante simulaciones computacionales de muy alto nivel, y con carácter predictivo. Curiosamente, el avance paralelo de ambas áreas de conocimiento ha logrado colaboraciones fructíferas entre experimentales y teóricos que antes sucedía en muy escasas ocasiones. Esto se debe a que, a pesar de los enormes avances de ambas áreas existen limitaciones por ejemplo, experimentalmente: La baja resolución de las señales que detectan las propiedades física y químicas de estos sistemas a escala nanométrica. Y la propia obtención de propiedades a partir de mediciones de manera indirecta, producto de la naturaleza de los experimentos que son realizables en estos momentos. Y un hecho que no cambiará, que es que los experimentos se encuentran en muchos casos, en el límite de la resolución experimental. También en la parte teórica se reconocen múltiples problemas intratables, ya sea por el exceso de complejidad de los sistemas, por su tamaño y por otras características que tienen que ver con los límites de una simulación teórica. Sin embargo y muy afortunadamente, existe una amplia gama de materiales de mucho interés por entender, descubrir y diseñar a capricho, y con una característica muy importante, tratables simultáneamente por ambos grupos de científicos. De forma que cada vez se establecen más, y más cercanas colaboraciones entre grupos Teóricos y experimentales en estos temas. A pesar de que el presente proyecto de investigación estará dedicado al estudio teórico-computacional de diversos nanomateriales de interés actual, mediante la aplicación de métodos basados en la Teoría de Los Funcionales de la Densidad electrónica (DFT) por sus siglas en inglés. Una característica importante que distingue a este proyecto de investigación es que los estudios teórico-computacionales que serán realizados tendrán como objetivo el cálculo explícito de cantidades físicas que serán comparadas directamente con medidas experimentales realizadas por grupos ampliamente reconocidos en el medio y con los que se colabora cotidianamente, y en los mismos sistemas, objetos de estudio. Ejemplos de estas cantidades son la energía de enlace, la afinidad electrónica, el potencial de ionización adiabático, el momento magnético, energía de fragmentación, espectros vibracionales IR y Raman. Estos resultados serán comparados con los obtenidos por un grupo experimental en John´s Hoptkins dirigido por el Prof. Kit Bowen. Quien realizará experimentos mediante el uso de Espectroscopias de Fotoemisión. (PES) de iones negativos, IR y Raman. Además de el estudio de las propiedades electrónicas mencionadas en el párrafo anterior. Se realizarán Imágenes de Microscopía Electrónica de Alta Resolución (HRTEM) que se pueden predecir teóricamente mediante el método de ¨multislice¨. Espectros teóricos de absorción de rayos X que dan información sobre la estructura local en regiones específicas de nanomateriales, y que se miden mediante la técnica denominada en ingles como “Extended X-Ray Absorption Fine Structure” (EXAFS). Con el fin de estimular la posible medición de nano sistemas de interés, como poco a poco se ha comenzado recientemente a ver en la literatura científica.

Desde mi punto de vista Una primera contribuciuon notable de este tpoyecto es sin duda la formaciòn de nuevos investigadores con muy alto nivel conocimientos profundos en el tema de nanocùmulos a todos los niveles, doctorado, maestría e inclusive a nivel licenciatura ya que este proeycto esta conformado por 5 integrantes 4 de los cuales son investigadores en fomación. Hablando de Ciencia las contribuciones de este prioyecto son realmente novedosas e importantes, ya que se realizarán investigaciones en nuevos nanomateriales materiales con comportamientos no antes vistos, y únicos, como la presencia de momentos magnéticos muy grandes con anisotrópias magnéticas muy altas tambiíen lo cual les confiere transferabilidad inmediata a ser aplciados en la industrioa electrónica de almacenamiento y se4nsores. Además de que se contribuirá con conocimiento nuevo al acervo científico en esta área. Se estudiaráns también sus capaciades catalíticas en rpesencia de varios tuipos de atmósferas lo cual es un tema de imprtancia y actualidad. y tambuién se explorará, su posible timida y superficial aplicación, por no corresponder este tema a mi area de conocimientos, sus posibles aplicaciones en medicina. Una contribucion más muy improtante de este proeycto es la cosloidación en los estrechos vinculos que tiene el investigador responsable de este poryecto con grupos americanos en el tema de nanocñumulos de primer nivel mundial como los muestran las publicaciones conjuntas con el grupo del Dr. Shiv Khanna en VCU University y se realizará una strecha investigacione con el grupo del Dr. Kit Bowen quien llevará a cabo los experimentos que se van a realizar teóricamente en este proyecto para cotejar predecir y corroborar resultados en cúmulso de PtAu, PdAu PtPd y Rh y sus distintas aleaciones con emtáles de trnasición. Esta es una contruibución importantisima desde muchos puntos de vista ya que por un lado se demuestra y se lleva a cabo la colaboracion teorico experimental tan buscada en la ciencia de la mano y por otro se esta abriendo las puertas a los jovenes integrantes de este proyecto para su posible mobilidad hacia estos grupos de gran nivel de manera temporal y en el futuro se espera que peudan realizar estancias posdocotorales una vez esten completamente formados adquieriendo así mucha experiencia de los mejores grupos en el mundo en teoría y en exprimentos con el fin a un futuro próximo de lograr consolidar un laboratorio de espectróscopía anionica en nuetra unviersidad.