“Simulación con partículas”
Dr. Luis Javier Álvarez Noguera

Resumen:
Se revisarán y analizarán las bases teóricas de los métodos de simulación con partículas en diferentes escalas tanto temporales como espaciales los métodos son los de Dinámica Molecular, Dinámica Disipativa de Partículas e Hidrodinámica de Partículas Suavizadas. Se presentarán algunos resultados de simulaciones con los tres métodos.

 

"Sistemas no clásicos de carbono via búsquedas estocásticas"
Dr. Gabriel Merino

Resumen:
La química del carbono es exquisita, basta combinarse con media docena de otros elementos para dar lugar a cadenas, anillos y poliedros, los cuales constituyen parte de lo que percibimos. Para ello existen básicamente dos reglas de construcción. La primera es que el máximo número de átomo ligados al carbono son cuatro (la tetracoordinación del carbono). La segunda es que todos los carbonos tetracoordinados adoptan un arreglo tetraédrico. Quizás esta regularidad estructural y la aparente ausencia de excepciones a la regla fueron el motor principal que permitió a la Química Orgánica crecer y consolidarse durante el siglo XX.
Sin embargo, hoy es posible hallar en la literatura sistemas que poseen átomos pentacoordinados, hexacoordinados e incluso heptacoordinados de carbono. Es más, también se han capturado sistemas que poseen átomos de carbono tetracoordinados pero planos. Así, el objetivo de esta plática es mostrar que la Química de carbono va más allá de tetraedros. Lo anterior va de la mano con el desarrollo de nuevos modelos para entender la naturaleza del enlace de estas moléculas “exóticas” y de un cambio en nuestra forma de entender la Química del Carbono y para ello es necesario proponer nuevas heurísticas capaces de localizar los mínimos globales de energía.

Esquema por sesión:
1) Panorama general del problema
2) Revisión de los métodos empleados para las búsquedas estocásticas en Química
3) Aplicación de algunas de las técnicas

 

“Quantum Mechanics of Atoms and Molecules to Computational Materials Design”
Deepak Srivastava

Abstract:
Understanding the structure, stability, thermo-mechanical, chemical, and electronic properties of new solid-state materials is key to the development and design of the next generation of advanced materials for clean energy and environment, aerospace and defense, and catalysis in the oil-gas industries. In this set of brief lectures, in the first part, we will begin with the solution of a Schrodinger Equation for a Hydrogen atom and its quantum states, and conceptually show how to build simple diatomic, triatomic, and few other small molecules through Molecular Orbital (MO) theory approach. The second part will explain the underlying approximations that go in the formulation of well known Density Functional Theory (DFT) for setting up and solving many-electron Schrodinger Equation for solid-state materials systems under LDA and GGA approximations, and in the third part we will explain how to apply DFT methodology to solving some simple simulations of the mechanical, thermal, and chemical properties for clean energy and catalysis applications. The formulations and applications will be explained on the basis of simple mathematical foundations as well as their physical and chemical interpretations.  

 

"Termodinámica de reacciones metabólicas a través de química cuántica computacional" 
Adrian Jinich

Resumen:

Varios modelos en ingeniería metabólica hacen uso de la propiedad termodinámica fundamental de las reacciones químicas: la energía de reacción de Gibbs.  Sin embargo, la comunidad científica solo tiene datos experimentales para aproximadamente 400 reacciones metabólicas de las 5000 - 6000 que se conocen en la naturaleza.  Voy a platicar de cómo estamos intentando obtener estimaciones de energías de reacción de Gibbs para reacciones metabólicas en solución usando métodos de química cuántica computacional y el formalismo de termodinámica bioquímica.  También platicaré de cómo se usa la termodinámica en modelos de metabolismo celular.

 

"Termodinámica Computacional y Desarrollo de Modelos a Multiescala"

Dr. Andrés Manuel Garay Tapia

Centro de Investigación en Materiales Avanzados, Unidad Monterrey

En las últimas décadas la ciencia de materiales se ha convertido en un área de gran interés para científicos y tecnólogos, debido principalmente a la necesidad de obtener mejores materiales que permitan desarrollar nuevas tecnologías y productos de mayor valor agregado. Dentro de la ciencia de materiales la termodinámica juega un papel primordial para determinar la relación que existe entre los componentes de un sistema y las
propiedades del mismo debido a la conformación de distintas fases. Sin embargo, obtener
esta relación en sistemas de multicomponentes resulta una tarea complicada desde el punto vista experimental, ya que requiere altos costos y tiempos largos. Es aquí donde una técnica computacional desarrollada durante los últimos 30 años, puede relacionar las variables termodinámicas con modelos matemáticos, lo cual nos permite hacer interpolaciones a sistemas de varios componentes con una exactitud aceptable. Esta técnica es llamada CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams) y aunque ha tenido poco auge en México ha sido ampliamente utilizada alrededor del mundo para el diseño y desarrollo de nuevos materiales metálicos, cerámicos y semiconductores.

Una de las principales virtudes de la metodología CALPHAD es que puede integrarse con otras técnicas computacionales, que permiten estudiar fenómenos físicos a distintas escalas, de tal manera que concentrando técnicas como: cálculos ab-initio, Dinámica molecular, Montecarlo, CALPHAD y phase-field, es posible desarrollar modelos a multiescala que permitan tener un mayor conocimiento de los sistemas y los fenómenos que están involucrados para poder determinar las condiciones óptimas que nos permitan mejorar los materiales existentes o desarrollar nuevos.

El objetivo de esta charla es presentar un bosquejo general de lo que es la metodología CALPHAD y como se integran diferentes técnicas computacionales para el desarrollo de modelos a multiescala.

 

CRYSTAL, una herramienta computacional para la Química de Estado Sólido
Claudio M. Zicovich-Wilson
Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma del Estado de Morelos.
Av Universidad 1001, C. Chamilpa, 62209 Cuernavaca(MOR), México

Resumen: La estructura electrónica de los materiales y varias propiedades derivadas se pueden calcular a nivel ab initio con el programa Crystal a diversos niveles de aproximación desde Hartree-Fock y Möller-Plesset de 2do orden hasta la Teoría del Funcional de la Densidad (Kohn-Sham). El carácter extendido de los materiales se representa mediante modelos periódicos infinitos. El hecho de expresar la función de onda en términos de Combinaciones Lineales de Orbitales Atómicos (CLOA) permite una fácil interpretación de la estructura electrónica y comparación directa de los resultados obtenidos para sistemas periódicos y con otros para sistemas finitos moleculares.1 La versión del código actualmente distribuída Crystal092,3 permite una búsqueda completamente automática y eficiente de puntos críticos en la hiper-superficie de la energía en función de las coordenadas de los núcleos atómicos, así como el cálculo de una gran variedad de propiedades incluyendo: estructurales, como elasticidad, termodinámica y espectros fonónicos, o electrónicas, como piezoelectricidad, momentos dielectricos y magnéticos, entre otras tantas. El uso extensivo de la simetría tanto en el espacio real como en el recíproco y el aprovechamiento del carácter ralo de las matrices involucradas, hacen que el programa sea muy eficiente y, a la vez, numéricamente preciso. Por estas razones es apropiado para el estudio de estructuras complejas con facilidades computacionales accesibles para la mayora de los grupos de investigación. Las aproximaciones numéricas consideradas son completamente controlables por el usuario permitiendo que este pueda decidir el equilibrio óptimo entre rapidez computacional y precisión de los resultados.
Por otro lado, los recientes logros en la paralelización del código están permitiendo realizar cálculos a gran escala para sistemas que contienen un número alto de grados de libertad en los que el código escala linealmente hasta miles de procesadores en computadoras de alto rendimiento. En esta conferencia muchas de las capacidades del programa van a ilustrarse mediante algunos ejemplos de aplicación.
Referencias
[1] Dovesi, R.; Orlando, R.; Civalleri, B.; Roetti, C.; Saunders, V. R.; Zicovich-Wilson, C. M. Z.
Kristalogr. 2005, 220, 571{573.
[2] Dovesi, R.; Saunders, V. R.; Roetti, C.; Orlando, R.; Zicovich-Wilson, C. M.; Pascale, F.; Civalleri,
B.; Doll, K.; Harrison,~N. M.; Bush, I. J.; Arco, P. D.; Llunell, M. CRYSTAL09 Users
Manual; University of Turin: Turin, 2009; see http://www.crystal.unito.it.
[3] Pisani, C.; Maschio, L.; Casassa, S.; Halo, M.; Schütz, M.; Usvyat, D. J. Comput. Chem. 2008,
29, 2113, A. Erba and M. Halo, CRYSCOR09 Users manual, University of Torino, Torino, 2009
(www.cryscor.unito.it).