Unidad de Postgrado Ciencias Físicas

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Efectos del dopaje y la temperatura sobre las propiedades térmicas de hetero-estructuras de C/BN y su potencial uso como sensor ambiental del formaldehído
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2019) Cuba Supanta, Gustavo; Rojas Tapia, Justo Alcides; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
Se estudia la influencia del dopaje y de la temperatura sobre las propiedades físicas de hetero-estructuras hexagonales principalmente basadas en carbono y nitruro de boro tanto uni- y bi-dimensionales, este estudio se divide en tres partes. Por un lado, se estudia el efecto del dopaje de nitruro de boro en nanotubos de carbono armchair (6, 6) (hetero-nanotubos de nitruro de boro y carbono) sobre las propiedades del transporte cuántico de fonones y electrones, variando patrones de distribución y concentración de dopaje. Por otro lado, se estudia la forma como afecta la temperatura del sustrato sobre las propiedades del transporte térmico clásico en hetero-nanocintas de grafeno/nitruro de boro hexagonal y nitruro de boro hexagonal/grafeno, e influenciados por la asimetría estructural. Análogamente, también se estudia el efecto de la temperatura media y bias en hetero-nanocintas de grafeno/X (X=nitruro de boro hexagonal, carburo de silicio hexagonal, y grafeno hidrogenado), afectados por dos tipos de interfaces (zigzag y armchair). Por último, se estudia las propiedades electrónicas del proceso de adsorción de la molécula del Formaldehído (CH2O) sobre el sustrato de nitruro de boro hexagonal hidrogenado. Para ello, la metodología empleada en estos trabajos consistió en el uso de tres métodos computacionales; las funciones de Green fuera del equilibrio (NEGF) en combinación con el método de la teoría del funcional de la densidad basado en tight-binding (DFTB), dinámica molecular fuera del equilibrio (NEMD), y cálculos de la teoría del funcional de la densidad, respectivamente. Por un lado, los resultados respecto al efecto del dopaje sobre el transporte cuántico muestran que al aumentar la concentración del dopaje en los hetero-nanotubos de nitruro de boro y carbono armchair (6, 6), los coeficiente de transmisión fonónico y electrónico se reducen, este comportamiento ocurre a frecuencias altas y cerca de los bordes de la banda de valencia y conducción, respectivamente. Los patrones de distribución de dopaje helicoidal y horizontal permiten un transporte de fonones adecuados cuantificados en una alta conductancia de fonones a 300K. Todos los hetero-nanotubos de nitruro de boro y carbono armchair (6, 6) poseen un comportamiento semiconductor a diferencia del nanotubo de carbono armchair (6, 6) con un bandgap modulable respecto a la concentración de dopaje de nitruro de boro. Por otra parte, los resultados del efecto de la temperatura del sustrato sobre el transporte térmico clásico en las hetero-nanocintas muestran que existe una influencia que incrementa la rectificación térmica (>30 %) a temperaturas bajas (>300K) para el sustrato de Si(100), esto debido al acople fuerte tipo Van der waals entre el sustrato y la hetero-nanocinta de nitruro de boro hexagonal/grafeno. Además, la asimetría estructural tipo-T genera una rectificación térmica en sistemas puros y hetero-nanocintas de grafeno/nitruro de boro hexagonal y nitruro de boro hexagonal/grafeno, este efecto está relacionado con los cambios en el grado de localización de los modos vibracionales de frecuencias altas . Sin embargo, la resistencia térmica interfacial y la rectificación térmica se reducen con la temperatura media en las XIV hetero-nanocintas de grafeno/X, independientemente de la interface armchair o zigzag, debido a que el flujo térmico en direcciones opuestas llegan a ser similares a altas temperaturas. El efecto de la temperatura bias, en la curva J − α, determina que el fujo térmico tiene una preferencia marcada en la dirección de X al grafeno, observando el fenomeno de la resistencia térmica diferencial negativa en los sistemas de grafeno/nitruro de boro hexagonal y grafeno/grafano. Por último, la trayectoria de mínima energía, la densidad de estados total y la densidad de estados proyectada del proceso de adsorción muestran que la molécula formaldehído, CH2O, se quimisorbe sobre el sustrato de hBN hidrogenado con una energía de adsorción de 1.42eV mediante vacancias de hidrógeno en el átomo de B, donde también la distribución de densidad de espín y la transferencia de carga presentan evidencias de la existencia de una reacción en cadena de moléculas CH2O sobre el sustrato de nitruro de boro hexagonal.
Estudio de la influencia del proceso de nano-estructuración sobre las propiedades estructurales, magnéticas y mecánicas del intermetálico Al5Fe2
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2020) Gálvez Breña, Sarina Alfa; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
Se realiza el estudio de la síntesis y la influencia de la nano-estructuración sobre las propiedades estructurales, magnéticas y mecánicas del sistema intermetálico Al5Fe2 obtenido por la técnica de horno de arco y posterior tratamiento térmico, para finalmente ser nano-estructurado usando un molino vibratorio de alta energía. Las características morfológicas, micro-estructurales, estructurales, magnéticas y mecánicas de las muestras sintetizadas y nano-estructuradas fueron realizadas en los equipos de microscopía electrónica de barrido (MEB), fluorescencia de rayos X (FRX), difracción de rayos X (DRX), espectrosocpía Mössbauer de transmisión (EMT), magnetometría de muestra vibrante (MMV) y ensayo de dureza Vickers (HV). Los resultados de microscopía y difracción muestran que es posible obtener el sistema intermetálico con alta calidad estructural. Además, mediante la nano-estructuración se muestra que el sistema intermetálico es muy estable y no se disocia en otras fases. Del mismo modo, los resultados de fluorescencia de rayos X muestran que existe una contaminación muy baja de cromo debido al desgaste de instrumentos durante la nanoestructuración. Por otro lado, los resultados de espectroscopía Mössbauer muestran una alta estabilidad de los parámetros hiperfinos lo cual indica que el orden local de los sitios de hierro no experimenta cambio apreciable luego de ser sometido a nanoestructuración. Adicional a ello, las medidas de magnetometría muestran un incremento de la magnetización de saturación conforme aumenta el tiempo de molienda. Finalmente, los ensayos de dureza muestran que existe un incremento de esta propiedad cuanto más nanométrico es el intermetálico Al5Fe2. Considerando lo arriba mencionado, se describe el rol importante que cumple la generación de regiones intersticiales desordenadas en el sistema intermetálico Al5Fe2 a medida que se reduce el tamaño de grano de las muestras, y se propone un modelo de explicación del comportamiento magnético del sistema intermetálico Al5Fe2.
Estudio de la resistencia mecánica de compósitos basados en hidroxiapatita, aluminio reforzados con cuasicristal icosaedral i-Al64Cu23Fe13
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2018) Castañeda Vía, José Alberto; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir; Champi Farfán, Ana Melva
Se presenta un estudio de la resistencia mecánica de dos tipos de compósito de matrices: (i) matriz cerámica de hidroxiapatita (HAp) y (ii) matriz metálica de aluminio (Al), reforzados con la aleación cuasicristalina iAl64Cu23Fe13 (Cc). La síntesis de la matriz de HAp se realizó por coprecipitación química; mientras que la matriz de aluminio fue adquirida comercialmente. La síntesis del cuasicristal (Cc) se realizó por la técnica de horno de arco con un posterior tratamiento térmico. La caracterización estructural y química de las muestras se realizó mediante las técnicas de difracción de rayos X, microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier y espectroscopía Raman por transformada de Fourier. El estudio de las propiedades mecánicas se realizó mediante ensayos de dureza Vickers y ensayos de compresión. Los resultados de los análisis corroboraron la alta calidad estructural y química obtenida en la síntesis de HAp y i-Al64Cu23Fe13, obteniéndose compuestos cristalinos monofásicos. Asimismo, los ensayos mecánicos mostraron incremento en la resistencia de ambos compósitos al aumentar el refuerzo cuasicristalino. Los compósitos HAp/Cc mejoraron su límite elástico y módulo de Young en ~42% y ~20%, respectivamente, al añadir apenas 10% de refuerzo; mientras que los compósitos Al/Cc mejoraron su dureza Vickers en ~13% con también apenas 10% de refuerzo. Se propone este método de preparación de compósitos como alternativa de bajo costo y alta eficiencia para aplicaciones biomédicas e industriales con alta potencialidad de escalabilidad, siendo clave para la solución de problemas en la ciencia e ingeniería de materiales.
Estudio de la síntesis de la fase cristalina ω-Al7Cu2Fe y el efecto de la nanoestructuración sobre sus propiedades estructurales y magnéticas
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2013) Pinto Vergara, Milida Zarella; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
En el presente trabajo se realiza un estudio sistemático de la síntesis del sistema cristalino ω-Al7Cu2Fe y del efecto de la nanoestructuración sobre sus propiedades estructurales y magnéticas. Adicionalmente se realiza una comparación de los resultados obtenidos en este sistema cristalino con su contraparte cuasicristalina en la fase icosaedral i-Al64Cu23Fe13 (sintetizado y caracterizado por M. Pillaca en un trabajo previo [Pillaca 13]). Las muestras correspondientes a la fase ω-Al7Cu2Fe fueron obtenidas empleando la técnica de horno de arco. Posteriormente, a dichas muestras se les realizó tratamiento térmico con el objetivo de eliminar fases metaestables presentes en la formación de la fase ω. El proceso de nanoestructuración se llevó a cabo mediante la técnica de molienda mecánica. La caracterización de las muestras sintetizadas y nanoestructuradas se realizó empleando las técnicas de microscopia electrónica de barrido, difracción de rayos X, espectroscopia Mössbauer de transmisión y magnetización de muestra vibrante. Estas técnicas fueron utilizadas para analizar las características de las muestras en los aspectos morfológicos, estructurales, micro-estructurales y magnéticos, respectivamente. Los resultados de difracción de rayos X evidencian que las muestras obtenidas poseen alta calidad estructural, también indican que el tamaño de grano promedio de la muestra ω-Al7Cu2Fe sintetizada disminuye rápidamente de 82 a 19 nm después de 5 horas de molienda. Además, los parámetros hiperfinos de las muestras nanoestructuradas son m´as altos que los valores correspondientes a su contraparte sólida. Las medidas de espectroscopia Mössbauer indican que el orden local alrededor de los átomos de Fe, en los cristalitos, se conserva durante el proceso de nanoestructuración. Sin embargo, la disminución del tamaño de grano debido al proceso de nanoestructuración implica un aumento del desorden en la zona intersticial. También, las medidas magnéticas muestran un comportamiento ferromagnético débil para la muestra sintetizada, mientras que después del proceso de molienda este comportamiento aumenta debido a la formación y crecimiento de una región intersticial magnética mientras se reduce el tamaño de grano promedio de la muestra. Vale la pena mencionar que se ha verificado la reproducibilidad del método de síntesis y nanoestructuración. Con ello se puede afirmar que este proceso se puede realizar repetidamente y en forma controlada. El resultado de la comparación de la fase ω-Al7Cu2Fe con su contraparte cuasicristalina i-Al64Cu23Fe13 (estudiado en detalle en la referencia [Pillaca 13]), muestra que a pesar de su diferencia marcada en la estructura (uno es un sistema periódico y el otro un sistema aperiódico) ambas fases poseen similar comportamiento magnético. Así, el comportamiento magnético de la fase ω se puede explicar a través del modelo esquemático propuesto en la referencia [Pillaca 13] para el caso del cuasicristal i-Al64Cu23Fe13, el cual considera la formación y crecimiento de zonas intersticiales desordenadas de carácter magnético a medida que se reduce el tamaño de grano. De esta comparación se puede inferir que este comportamiento sería no solo característico de estos sistemas sino también de cualquier aleación con bajo contenido de Fe (elemento magnético).
Estudio de los efectos de la nanoestructuración sobre las propiedades estructurales y magnéticas del cuasicristal icosaedrico i-Al64Cu23Fe13
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2013) Pillaca Quispe, Mirtha; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
Realiza un estudio sistemático de la influencia de la nanoestructuración sobre las propiedades estructurales y magnéticas del cuasicristal icosaedrico Al64Cu23Fe13 obtenido por la técnica de horno de arco, con posterior tratamiento térmico, y nanoestructurado mediante la técnica de molienda mecánica. Las características morfológicas, micro-estructurales, estructurales y magnéticas de las muestras sintetizadas y nanoestructuradas fueron analizadas empleando las técnicas de microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, espectroscopia Mossbaüer y magnetización de muestra vibrante. Los resultados de microscopía y difracción de rayos X muestran que es posible obtener, después de tratamientos térmicos adecuados, cuasicristales con alta calidad estructural (con tamaños promedios de grano de ~111 nm). Después de cinco horas de molienda estos tamaños de grano se reducen hasta ~10 nm. Las medidas de los espectros Mossbaüer de las muestras nanoestructuradas sugieren que el orden local alrededor de los sitios de Fe se conserva, mientras que las curvas de magnetización indican un aumento apreciable de la magnetización de saturación y del campo coercitivo, luego de cinco horas de molienda. Estos resultados indican un comportamiento ferromagnético débil de las muestras nanoestructuradas. Además, se verifico ́ la reproducibilidad del método evidenciando que el proceso de nanoestructuración se puede realizar en forma controlada. En base a estos resultados experimentales, se propone un modelo esquemático que explica el comportamiento magnético del cuasicristal durante el proceso de nanoestructuración. Este modelo considera la formación y el crecimiento de zonas intersticiales desordenadas de carácter magnético a medida que se reduce el tamaño de grano de las muestras.
Estudio estructural y micro-estructural de la influencia del proceso de nano-estructuración sobre la aleación AlxFe(1-x) (x = 0,75; 0,5; 0,25)
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2017) Rocha Cabrera, Ronald David; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
Presenta un estudio del orden estructural y microestructural de las aleaciones AlXFe(1−X) con x = 0,25; 0,5 y 0,75. Primeramente las muestras son sintetizadas por la técnica de horno de arco (HA) y tratadas térmicamente a temperaturas de 600, 950 y 10000C por los tiempos de 48, 290 y 48 horas respectivamente. Posterior al tratamiento térmico correspondiente a la temperatura de 6000C, las muestras son nanoestructuradas por la técnica de molienda mecánica (MM). La estructura y microestructura de las muestras sintetizadas y nanoestructuradas son estudiados por las técnicas de difracción de rayos X (DRX) y espectroscopía Mossbauer (EM).
Influencia de la velocidad de enfriamiento sobre las propiedades estructurales y electrónicas de nano-hilos mono-metálicos de Ag y Cu
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2014) Cuba Supanta, Gustavo; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
Estudia la influencia de la velocidad de enfriamiento (cooling rate o freezing) sobre las propiedades estructurales y electrónicas de nano-hilos mono-metálicos de plata y cobre constituidos con un número desde 200 hasta 5880 átomos correspondientes a diámetros de 0.49 a 2.86 nm para la plata y de 0.43 a 2.53 nm para el cobre y una longitud de 16.34 y 14.46 nm respectivamente.
Influencia del desorden sobre la estructura atómica y las propiedades electrónicas de nano-partículas mono-metálicas de Cu y Ag
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2012) Medrano Sandonas, Leonardo Rafael; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
Estudia la influencia del desorden químico y estructural sobre la estructura atómica y las propiedades electrónicas de un conjunto de nano-partículas mono-metálicas de plata y cobre con un número de átomos constituyentes especiales (números mágicos icosaedrales) que varía de 13 a 5083 átomos. Las nano-partículas son formadas mediante simulaciones de dinámica molecular usando un potencial de Johnson, basado en el método del átomo incrustado, para el cobre y un potencial tight-hinding para la plata. Además, se estudia el efecto del desorden químico en las nano-partículas haciendo variar la energía de sitio del Hamiltoniano electrónico tipo tight-hinding según una distribución uniforme. El desorden estructural fue producido aumentando la velocidad del enfriamiento durante el proceso de formación de la nano-partícula.
Medida estadística de complejidad LMC en el modelo de Kronig-Penney con desorden estructural
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2019) Heredia Guevara, Alejandro Ariel; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
Los efectos del desorden estructural en las propiedades de transporte electrónico en un modelo de sólido unidimensional (1D) desordenado son analizados mediante una medida estadística de complejidad propuesta por R. Lopez-Ruiz, H.L. Mancini y X. Calbet. El modelo desordenado 1D se fundamenta en el conocido modelo de Kronig-Penney mediante una cadena de potenciales delta con variaciones aleatorias en sus distancias. Dado que el cálculo de la complejidad necesita de la densidad de probabilidad electrónica se utiliza el método de la matriz de transferencia para obtener los estados electrónicos. La comparación del coeficiente de transmisión y la razón de participación inversa con la complejidad indica tendencias definidas conforme se incrementa el nivel del desorden. Más aún, los efectos del desorden, longitud de cadena finita y efecto de borde se discuten para los estados electrónicos del centro y el borde de la banda. La anulación de la corriente de probabilidad y la pérdida de fase del estado electrónico del centro de la banda, como consecuencia del desorden, producen la saturación del coeficiente de transmisión, la razón de participación inversa y la complejidad. Los resultados y análisis conducen a considerar la complejidad como un indicador importante de las propiedades de transporte electrónico.
Modelaje de las propiedades estáticas y dinámicas de multicapas magnéticas: aplicación a sistemas reales
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2015) Tarazona Coronel, Heisemberg Samuel; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
Plantea un método fenomenológico-numérico para la simulación de propiedades magnéticas, estáticas y dinámicas de multicapas magnéticas. Este método se aplica al estudio de cuatro sistemas multicapas reales: la válvula de espín IrMn/Co/Ru(tRu)/NiFe para tres espesores de la capa de Ru (tRu = 3.6, 4.2, 20nm), la válvula de espín IrMn/NiFe/Ru(tRu)/Co para espesores en el rango 6°A< tRu < 22°A y dos familias de multicapas periódicas de Co/Au: [Co(t)/Au(20A° )]20 y [Co(t)/Au(30A° )]20 para diferentes espesores t de la capa de Co. Se utiliza una teoría fenomenológica que se basa en el uso de la energía libre de Helmholtz para describir el comportamiento de una multicapa magnética. Se implementa un método numérico basado en el gradiente conjugado el cual se aplica para minimizar la energía libre y encontrar las posiciones de equilibrio de las magnetizaciones. Gracias a estos resultados, con las posiciones de equilibrio, se simulan las propiedades estáticas de magnetización y de magnetoresistencia. Asimismo, para la simulación de las propiedades dinámicas se utiliza la relación de dispersión de la resonancia ferromagnética que resulta de resolver la ecuación de Landau-Lifshitz, el cual rige la dinámica de las magnetizaciones.
Síntesis y caracterización de bionanocompuestos de TPS/NCC/Ag-NP
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2024) Neciosup Puican, Antony Alexander; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir; Quispe Marcatoma, Justiniano
En el presente trabajo de investigación se llevó a cabo un estudio experimental de un bionanocompósito compuesto por almidón, nanocristales de celulosa (NCC) y nanopartículas de plata (Ag-NP). Para lograrlo, el almidón fue sometido a un proceso que involucró la aplicación de calor y tratamiento mecánico junto con la adición de un plastificante, lo que resultó en la obtención de un termoplástico de almidón (TPS). Con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de este producto, se llevó a cabo la incorporación de los NCC, los cuales fueron extraídos mediante el método de hidrólisis ácida a partir de celulosa microcristalina comercial. Adicionalmente, se introdujeron Ag-NP sintetizadas de forma coloidal, con el fin de proporcionar al material propiedades bactericidas. La identificación estructural tanto física como química de las muestras se llevó a cabo mediante las técnicas de difracción de rayos X (DRX) y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), respectivamente. Asimismo, se llevaron a cabo análisis termogravimétricos (TGA) de las muestras con el propósito de estudiar las transiciones de fase y su descomposición térmica. Por otra parte, la presencia de las Ag-NP se confirmó mediante la técnica de espectroscopía ultravioleta-visible (UV-visible). Finalmente, se realizaron pruebas mecánicas utilizando la técnica de nanoindentación a través de microscopía de fuerza atómica (AFM), y ensayos de difusión de disco para evaluar su capacidad bactericida.

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