{"id":3718,"date":"2022-02-21T12:00:16","date_gmt":"2022-02-21T11:00:16","guid":{"rendered":"https:\/\/fusioncat.es\/?p=3718"},"modified":"2022-02-18T13:28:24","modified_gmt":"2022-02-18T12:28:24","slug":"bsc3","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fusioncat.es\/es\/noticias\/bsc3\/","title":{"rendered":"[Tech] Desenredando la estructura electr\u00f3nica del tungsteno"},"content":{"rendered":"

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FusionCAT es un proyecto que tiene como objetivo promover la colaboraci\u00f3n entre universidades y centros de investigaci\u00f3n de Catalu\u00f1a mediante el establecimiento de una comunidad de investigaci\u00f3n activa hacia el desarrollo de tecnolog\u00edas de energ\u00eda de fusi\u00f3n. El proyecto est\u00e1 coordinado por el Barcelona Supercomputing Center \u2013 Centro Nacional de Supercomputaci\u00f3n (BSC, https:\/\/www.bsc.es<\/a>) que participa en todos los grupos de trabajo t\u00e9cnico. La fabricaci\u00f3n de materiales seguros y duraderos para los reactores de fusi\u00f3n es un avance fundamental hacia la energ\u00eda de fusi\u00f3n. El estudio y desarrollo de materiales para reactores de fusi\u00f3n (paquete de trabajo 3.4 del proyecto) es una de las tecnolog\u00edas clave a desarrollar durante este proyecto, y es llevada a cabo por el BSC Fusion Group. En particular, los investigadores del BSC Julio Guti\u00e9rrez Moreno<\/a>, Stephan Mohr<\/a> y Mervi Mantsinen<\/a> lideran las tareas de FusionCAT en simulaciones atom\u00edsticas de materiales basadas en la teor\u00eda del funcional de la densidad (DFT) con el c\u00f3digo BigDFT<\/a>.<\/p>\n

Durante los \u00faltimos a\u00f1os, el tungsteno (W) se ha convertido en un uno de los principales candidatos para material de primera pared en reactores de fusi\u00f3n gracias a su resistencia, alto punto de fusi\u00f3n y baja retenci\u00f3n de tritio. Adem\u00e1s, el tungsteno sus compuestos se utilizan en diversas aplicaciones tecnol\u00f3gicas, como por ejemplo en cat\u00e1lisis o nanoelectr\u00f3nica. La estabilidad y propiedades de los materiales est\u00e1 directamente ligada su configuraci\u00f3n electr\u00f3nica, de este modo, el estudio de la estructura electr\u00f3nica del W es clave para el dise\u00f1o e implementaci\u00f3n de tecnolog\u00edas basadas en este material. Sin embargo, y a pesar de los grandes esfuerzos llevados a cabo en d\u00e9cadas recientes, la estructural electr\u00f3nica del W no ha sido caracterizada a forma precisa a\u00fan a d\u00eda de hoy.<\/p>\n

En un art\u00edculo reciente publicado en Physical Review B <\/strong>titulado Lifetime effects and satellites in the photoelectron spectrum of tungsten metal<\/em><\/strong> (ver art\u00edculo <\/em>aqu\u00ed<\/em><\/strong><\/a>), se han combinado experimentos de \u00faltima generaci\u00f3n y m\u00e9todos te\u00f3ricos de c\u00e1lculo ab-initio<\/em> para proporcionar probablemente el an\u00e1lisis m\u00e1s preciso de la estructura electr\u00f3nica del tungsteno hasta la fecha.<\/p>\n

Este trabajo ha sido dirigido por Curran Kalha y Anna Regoutz (grupo de Espectroscop\u00eda de Rayos-X Aplicada \u2013 Applied X-ray Spectroscopy (AXS) group<\/a> en la University College London), quienes caracterizaron el espectro de tungsteno utilizando una combinaci\u00f3n de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X duros y blandos de alta resoluci\u00f3n (SXPS y HAXPES) con espectroscop\u00eda de p\u00e9rdida de energ\u00eda de electrones en el modo de reflexi\u00f3n (REELS).<\/p>\n

Las mediciones experimentales han sido comparadas con c\u00e1lculos ab-initio, que respaldan la interpretaci\u00f3n de los complejos espectros de tungsteno. Los c\u00e1lculos ab-initio con BigDFT<\/strong> se han utilizado para calcular la densidad proyectada de estados (PDOS) del tungsteno<\/strong>. El trabajo computacional ha sido realizado por el equipo de modelado de materiales del BSC para FusionCAT en estrecha colaboraci\u00f3n con la desarrolladora de BigDFT Laura Ratcliff (Imperial College London). BigDFT es un c\u00f3digo preciso y flexible que realiza simulaciones ab-initio a escala at\u00f3mica. El c\u00f3digo se desarrolla conjuntamente en BSC y es una de las herramientas clave utilizadas en las actividades de modelado de materiales del proyecto FusionCAT. La versi\u00f3n de escala lineal del c\u00f3digo (LS por sus siglas en ingl\u00e9s) puede modelar sistemas at\u00f3micos con miles de \u00e1tomos con alta precisi\u00f3n y reproducibilidad, superando las limitaciones de escalado del DFT tradicional, donde el coste computacional aumenta c\u00fabicamente con tama\u00f1o del sistema. Los c\u00e1lculos de LS-BigDFT (presentados en la Figura 1.a) coinciden con los resultados de otros m\u00e9todos te\u00f3ricos utilizados en este estudio y son comparables con las mediciones experimentales en la banda de valencia, identificando claramente el espectro y posiciones relativas de energ\u00eda. Estos resultados sientan las bases para describir sistemas m\u00e1s complejos como estructuras de tungsteno desordenadas, defectuosas o dopadas en estudios futuros con alta precisi\u00f3n y reproducibilidad<\/strong>.<\/p>\n

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Figura 1.<\/strong> Comparaci\u00f3n de los espectros de densidad proyectada de estados proyectados (PDOS) calculados con DFT y G0W0 con los espectros de banda de valencia de la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X duros (HAXPES). (a) C\u00e1lculos de LS-BigDFT utilizando un conjunto de funciones de base de ond\u00edculas (wavelets), (b) DFT con Quantum Espresso utilizando ondas planas y (c) c\u00e1lculos de G0W0. Figura adaptada de arXiv:2109.04761. M\u00e1s detalles sobre las medidas experimentales y m\u00e9todos te\u00f3ricos, y una descripci\u00f3n m\u00e1s detallada del trabajo se pueden consultar en las siguientes versiones del art\u00edculo aqu\u00ed<\/a> o aqu\u00ed<\/a><\/small><\/p><\/div>\n

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Adem\u00e1s, el an\u00e1lisis exhaustivo del espectro del n\u00facleo, obtenido por la combinaci\u00f3n de mediciones con SXPS y HAXPES, proporciona nueva informaci\u00f3n sobre la naturaleza de las transiciones espec\u00edficas que explican los picos sat\u00e9lite observados. Las funciones espectrales calculadas a partir de la teor\u00eda de perturbaciones de muchos cuerpos<\/em> (many-body perturbation theory o MBPT) basada en m\u00e9todo de funci\u00f3n e Green GW y \u00abGW m\u00e1s cumulante<\/em>\u00bb (GW+C) se han utilizado para respaldar las asignaciones experimentales del espectro. Estos c\u00e1lculos han sido llevado a cabo por el grupo de investigaci\u00f3n liderado por Johaness Lischner<\/a> en el Imperial College London.<\/p>\n

Los resultados y la metodolog\u00eda detallados en este art\u00edculo proveen de informaci\u00f3n clave para las aplicaciones fundamentales e industriales del tungsteno y ser\u00e1n \u00fatiles para la exploraci\u00f3n futura de otros materiales con estructuras electr\u00f3nicas complejas.<\/p>\n