Simulaciones Multiescala aplicadas al estudio de propiedades magnéticas y estructurales de nanoestructuras de metales de transición

Detalles del proyecto

Descripción

Enfocados en el estudio de sistemas nanoestructurados de materiales magnéticos se pretende realizar un estudio sistemático que permita caracterizar estructural y magnéticamente sistemas de tamaño nanométrico de materiales magnéticos como Fe, Ni, Co con diferentes geometrías. Mediante simulaciones teórico-computacionales Multiescala se integran cálculos de primeros principios, simulaciones Monte Carlo y Dinámica Molecular con el fin de obtener las propiedades magnéticas de este tipo de sistemas y así realizar un aporte valioso a la generación de conocimiento científico en el área de la nanociencia.

En primera instancia queremos investigar las propiedades electrónicas estructurares y magnéticas de materiales magnéticos (Fe, Ni, Co). En esta etapa analizaremos también el efecto de impurezas de hidrógeno sobre las propiedades estructurales, eléctricas y magnéticas de estos sistemas. Así mismo, estudiaremos la interacción entre las superficies de los materiales con el fin de obtener un dato más preciso de los valores de la constante de intercambio para el caso de interfaces de diferentes materiales; y con ello obtener los potenciales empíricos que serán utilizados para los cálculos en dinámica molecular. De esta manera, una vez obtenidas las constantes necesarias de los cálculos de primeros principios y las estructuras estables térmicamente desde dinámica molecular, realizaremos las simulaciones Monte Carlo para calcular las propiedades termodinámicas en función del tamaño, la geometría y la temperatura.

Dentro de los resultados que se esperan están por supuesto aquellos de relevancia académica como lo son los comportamientos de las propiedades termodinámicas y magnéticas para los diferentes sistemas estudiados, los cuales deben estar en correspondencia con los resultados hallados experimentalmente. Además, los valores de las constantes de acople en la interface de sistemas bimetálicos. Con estos resultados se escribirán los correspondientes productos de divulgación científica, a ser publicados en revistas científicas reconocidas internacionalmente e indexadas tipo ISI y se realizará la posterior divulgación en eventos científicos nacionales e internacionales.

Objetivo

Realizar un estudio sistemático que permita caracterizar estructural y magnéticamente estructuras de tamaño nanométrico con geometría de nanocilindros, esferas y estructuras core-shell de materiales magnéticos mediante simulaciones teórico-computacionales con base en modelado multiescala que permitan realizar un aporte valioso a la generación de conocimiento científico en el área de la nanociencia.

Objetivos específicos
1.Desarrollar programas computacionales para la construcción de las estructuras con geometrías de interés (nanocilindros, esferas, Core-Shell y nanopartículas).
2.Estudiar las propiedades electrónicas, magnéticas y estructurales de sistemas de Fe, Ni, Co y las interfaces de sistemas combinados utilizando métodos de primeros principios con el fin de obtener las estructuras de mínima energía y los valores de los parámetros magnéticos necesarios para las simulaciones a escala superior.
3.Obtener la influencia de las impurezas como el hidrógeno en las propiedades magnéticas y estructurales de sistemas de metales de transición.
4.Estudiar por medio de simulaciones de dinámica molecular las estructuras de tamaños nanométricos más estables térmica y magnéticamente.
5.Estudiar las propiedades magnéticas de sistemas de Fe, Ni, Co y sistemas combinados Fe-Ni, Fe-Co con geometrías de interés de mediante el uso de métodos de Fast MC y dinámica molecular.
6.Estudiar sistemas tipo Core-Shell de los materiales estudiados que presenten efecto Exchange Bias.

Resultados esperados

Se espera encontrar el efecto de la geometría, el tamaño y las impurezas sobre las propiedades magnéticas de nanoestructuras mencionadas. Por un lado se podrán construir los diagramas de fase magnéticos en función de los parámetros geométricos y paralelamente mostrar el papel que desempeña la energía dipolar para la formación de las configuraciones magnéticas.
Adicionalmente, al adicionar impurezas intersticiales en sistemas magnéticos se espera ver cambios notorios en las estructuras de mínima energía y en las propiedades magnéticas, dado que estas impurezas son no magnéticas, pero proveen redistribuciones de los electrones que influyen fuertemente el magnetismo de estos sistemas.
Nuestra contribución espera mostrar aspectos mucho más realísticos en los campos de Exchange y en general en las propiedades magnéticas de sistemas que presentan efecto Exchange Bias con el fin de evaluar el efecto de la interface en las propiedades magnéticas de nanoestructuras Core-Shell.

Con esto se espera poder contribuir al grupo de investigación en temáticas relacionadas con nanomagnetismo y con las líneas ya establecidas en la simulación de materiales nanoestructurados y física de estado sólido. Así mismo se espera publicar los resultados finales en revistas tipo ISI-SCOPUS de alto impacto y participar en evento internacionales de alto interés en este campo.
Título cortoMultiescalamiento aplicado al estudio de propiedades magnéticas de metales de transición
EstadoActivo
Fecha de inicio / finalización efectiva15/01/1929/01/21

Palabras clave

  • simulaciones multiescala, Nanoestructuras, metales de transición