Alumno investigador: Carlos Pascual García

Estudios: Grado en Física. Facultad de Ciencias. Física Teórica, Atómica y Óptica

Profesores/ Tutores: David J González Fernández, Luis Enrique González Tesedo

Resumen del proyecto:

Realizamos una investigación de las propiedades estructurales y dinámicas de los metales de transición Cromo, Escandio y Vanadio en fase líquida, para lo cual escribimos un programa en el lenguaje Quantum-Espresso que simula un sistema de 100-120 átomos para cada metal encerrados en un volumen y reproduce su dinámica molecular.

Con los datos extraídos de las interacciones atómicas, fue posible proceder al cálculo de las características de nuestros metales mediante diversos programas (Wolfram Mathematica, Xmgrace, etc.), así como obtener una representación gráfica de las funciones que modelan las magnitudes de interés.

Posteriormente realizamos una búsqueda bibliográfica a fin de encontrar información experimental respecto a nuestros metales, encontrando que ésta es muy limitada y se reduce a unos pocos valores de las propiedades que nosotros hemos estudiado.

Objetivos alcanzados:

Hemos conseguido evaluar magnitudes tanto individuales como colectivas para los tres metales, como el coeficiente de autodifusión y la viscosidad tangencial.

Además, hemos realizado representaciones gráficas de las principales funciones (factor de estructura, función de dispersión
intermedia, etc.) que modelan propiedades clave como la velocidad adiabática del sonido o la estructura nanométrica de nuestros sistemas. Los resultados de esta investigación serán publicados en revistas científicas indexadas.

Sectores de aplicación:

La tecnología de metales líquidos posee gran interés el diseño de dispositivos y material industrial, pues las aleaciones se crean a partir de metales fundidos.
En el caso del Cromo, es un metal de gran dureza y resistencia a la corrosión, y se usa principalmente junto al Hierro para fabricar aceros inoxidables.
El Vanadio ha sido señalado para un posible uso en baterías, pues su eficiencia podría superar a la del Litio. También se trata de un elemento poco reactivo ante neutrones, por lo que se usa en
dispositivos nucleares.
Respecto al Escandio, se estudia actualmente su combinación con Aluminio a fin de crear aleaciones resistentes y ligeras para las industrias aerospacial y automovilística.

Metodología empleada:

El procedimiento consistió en construir una simulación de 100-120 átomos encerrados en una caja para cada metal. Estas simulaciones, procesadas en el cluster de ordenadores de la Facultad de Ciencias, generan mediante un proceso iterativo información sobre el sistema: partiendo de unas posiciones iniciales para los átomos, el software calcula las fuerzas y energías de los electrones de valencia a través de la densidad electrónica. Obtenida esta información, la simulación aplica un paso de tiempo, tal que las fuerzas actúan y generan nuevas posiciones para los átomos, con lo que el proceso se repite hasta tener suficiente información del sistema como para asegurar la fiabilidad del método.

Las interacciones dentro del sistema de átomos/iones y electrones de valencia, contenida en las funciones de onda electrónicas que calcula el software, es finalmente procesada a través de programas de cálculo para extraer los valores de las magnitudes de interés