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1 1. Nombre del Proyecto, participantes y afiliaciones. APLICACIONES DEL SUPER-CÓMPUTO EN LA INVESTIGACIÓN DE MATERIALES SEMICONDUCTORES NANOESTRUCTURADOS Integrantes del Cuerpo Académico DR. JAVIER MARTINEZ JUAREZ DR. JESUS CARRILLO LOPEZ DR. FRANCISCO FLORES GRACIA DR. DAVID DE LA LUZ HERNANDEZ DR. JOSE LUIS SOSA SÁNCHEZ DR. ALBERTO LUNA LÓPEZ DR. KARIM MONFIL LEYVA Y ORGÁNICOS. Colaboradores Externos DR. MARIANO ACEVES MIJARES.INAOESNI Nivel II DR. CIRO FALCONY GUAJARDODepartamento de Física CINVESTAV, SNI Nivel III DR. ANTONIO E. JIMÉNEZ GONZÁLEZ Instituto de Energías Renovables UNAM Temixco DR. ALFREDO MORALES S.CIMAV SNI Nivel II DR. RUTILO SILVA G. IFUAP SNI nivel II. DR. GREGORIO HERNÁNDEZ COCOLETZI IFUAP SNI Nivel III Colaboradores Internacionales Dra. Norma Yadira Mendoza González. Research Associate, Chemical Engineering Department, McGill University, Montreal Dr. Jean-Luc Meunier Professor, Chemical Engineering Department, McGill University, Montreal, Canada Dr. Antonio da Hora Machado Coordinator LAFOT-CM, Universidade Federal de Uberlândia, Brasil Dra. María Eugenia Rabanal Jiménez. Profesor Universidad Carlos III de Madrid, España Dr. Carlos Domínguez Horna Profesor de Investigación y Vicedirector Técnico del Instituto de Microelectrónica de Barcelona IMB-CNM (CSIC), España. Dr. Zhenrui Yu Nankai University, China

2 Estudiantes de Doctorado Alfredo Benítez Lara Néstor David Espinosa Torres Liliana Palacios Huerta Diana Elizabeth Vázquez Valerdi Gregorio Flores Carrasco Primavera López Salazar Miguel Ángel Rodríguez Moreno Santiago Antonio Cabañas Tay Rubén Jonatán Aranda García Adán Luna Flores Adrián Néstor Badillo García Netzahualcóyotl Carlos Ramírez Estudiantes de Maestría Rodrigo Rodolfo González Jiménez Ángel Pedro Rodríguez Victoria Maricela Meneses Meneses Esteban Ojeda Durán Propuestas de trabajo del Cuerpo Académico de SEMICONDUCTORES NANOESTRUCTURADOS Y ORGANICOS. 2. Introducción. La supercomputadora más grande del mundo (China) según la lista oficial semestral TOP500 de las supercomputadoras más veloces del mundo, la Tianhe-2 en la república China tiene capacidad para ejecutar de manera sostenida 33,86 petaflops por segundo, equivalentes a billones de cálculos por segundo. La máquina fue desarrollada en la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa, en la ciudad de Changsha, al centro de China. Utiliza distintos tipos de chips de la compañía norteamericana Intel así como otros desarrollados por ingenieros chinos, quienes también desarrollaron el sistema operativo y gran parte de los circuitos de la computadora. Por otro lado, el LNS, cuya primera sede será el Data Center del Sistema de Información Universitaria (SIU), contará con más de 5 mil núcleos de procesamiento, con una velocidad superior a los 100 TFLOPS, interconexión superior a 40 Gbps y almacenamiento de mil

3 TB, comparable a los que disponen otros centros académicos de excelencia a nivel nacional. Tal tecnología permite realizar millones de millones de cálculos numéricos por segundo en la modelación de problemas complejos y contar con resultados en unos cuantos minutos, lo que tradicionalmente dura meses. De este modo, la BUAP se erige como institución líder de lo que será el primer LABORATORIO DE SUPERCÓMPUTO en el estado y la región sureste-el tercero en el país, además del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICYT), de San Luis Potosí, y de la UNAM. Tabla 1. Relación de áreas donde la tecnología HPC está teniendo presencia. El Supercómputo también conocido como High Performance Computing (HPC) es una práctica que consigue alcanzar niveles muy altos de rendimiento en la ejecución de procesos computacionales, lo que nos permite solucionar problemas tan complejos que serían imposibles de llevar a cabo en un equipo convencional o tan grandes que el tiempo de solución supondría un nuevo problema. Definición de Supercómputo. El concepto de SUPERCÓMPUTO se define como la combinación de una supercomputadora y un conjunto de herramientas de SOFTWARE que optimizan el procesamiento de cálculos numéricos.una de sus características es ser un sistema con un número masivo de procesadores conectados, así como gran cantidad de memoria que puede ser de tipo compartido o distribuido.

4 3. Metodología y justificación de uso de Supercómputo 3.1 Propuesta de un Proyecto Interamericano. MEXICO: IER-UNAM y CIDS- ICUAP BUAP, CANADA: MCGILL UNIVERSITY, BRASIL: UNIVERSIDAD FEDERAL DE UBERLANDIA OBJETIVOS. Obtención de SISTEMAS HÍBRIDOS MULTIFUNCIONALES (SHMs) de nano-estructuras de carbono (grafeno y nanotubos de carbono de multipared) y de óxidos metálicos semiconductores (TiO2, ZnO y SnO2) con ftalocianinas y subftalocianinas asimétricas tipo push-pull con aplicaciones optoelectrónicas, médicas y de conversión y almacenamiento de energía. Modelado mediante Supercómputo, de SHMs. El modelado mediante Supercómputo ayudará a definir las ESTRUCTURAS HÍBRIDAS que favorecerán los procesos de transferencia de carga inducidos fotónicamente para hacer más eficientes estos SISTEMAS HIBRIDOS en las diferentes aplicaciones consideradas. Para obtener parámetros asociados con los periodos de vida media de los estados excitados singulete y triplete de las especies oxidantes se realizarán mediciones cinéticas, tales como el Conteo de Fotón-Único Correlacionado en Tiempo ( Time Correlated Single-Photon Counting TCSPC-) y la Fotólisis Flash ( Flash Photolysis FP-). Para fines de aplicaciones fotónicas y optoelectrónicas pueden ser necesarias otras mediciones adicionales, como la de Hiper Dispersión Rayleygh ( Hyper Rayleygh Scattering ). 3.2 Otras Propuestas de trabajo del CA Semiconductores Nano-estructurados y Orgánicos Modelado de nano-estructuras de SRO/SRN, modelado de grafeno y CNT funcionalizados con ftalocianinas. Las hojuelas de grafeno (GNFs) serán producidas en McGill University en un reactor de plasma térmico acoplado inductivamente (ICP reactor). El modelado teórico del reactor de plasma se haría utilizando el software COMSOL multiphysics. El producto será dopado con nitrógeno (N) mediante un segundo tratamiento

5 para funcionalizarlo. Hay evidencia de la incorporación de N en la estructura base del grafeno para formar grupos pirrólicos, piridínicos, y de n-óxido de piridina al funcionalizar las GNFs. Estos pueden servir como Eslabones Químicos (chemical linkers) para anclar ftalocianinas. Se requiere del Supercómputo para el modelado de estas estructuras Supercómputo en Espintrónica. Solución de sistemas de ecuaciones lineales con al menos 2*n 2 incógnitas, en nuestro caso n~200. Obtención de eigenvalores y eigenvectores de matrices complejas dispersas de 2*n 2 x 2*n 2. Exponenciación de matrices complejas dispersas. Integración de funciones complejas en cuatro dimensiones. Para sistemas con m>2 electrones se requiere todo lo anterior pero para matrices de al menos 2*n m e integraciones en 2*m dimensiones. Para esta aproximación que es la de diagonalización "exacta" la cantidad de recursos incrementa exponencialmente con el número de electrones. Evidentemente sólo se puede llegar a un número limitado de electrones mediante esta aproximación. El uso de matrices dispersas disminuye un poco la cantidad de memoria necesaria, de otra manera las matrices ocuparían (2*n 2 ) 2 *16 bytes, que son aproximadamente 100Gb de memoria RAM Posible contribución de Brasil Estudio del comportamiento foto-físico de Sistemas Híbridos que incorporan una ftalocianina mediante métodos mecánico-cuánticos para determinar cuáles exhiben una mejor actividad y proceder posteriormente a su síntesis. Las metalo-ftalocianinas serán también caracterizadas en solución, con un enfoque espectroscópico a partir de mediciones de estado estacionario y resueltas en el tiempo ( steady state and time-resolved measurements ) con el propósito de confirmar las predicciones realizadas usando métodos de mecánica cuántica. Modelado de Sub-ftalocianinas. Estudio del efecto en las propiedades ópticas debido al tipo de solvente. Obtención de los espectros de IR, de 1 H Resonancia Magnética Nuclear RMN- y espectroscopia electrónica (UV-Vis) teóricos y correlación con los espectros obtenidos experimentalmente para los complejos de subftalocianina de boro obtenidos en el Laboratorio de Síntesis de Semiconductores Orgánicos LaSSO-.

6 4. Listado básico de Software requerido Spartan Q-Chem Gaussian Comsol Multiphysics Quantum expreso SIESTA CVD (ANSYS) PWscf, ab-init wien2k 5 Productos Esperados en los próximos 4 años: Tres tesis de Doctorado y dos de Maestría. 6 Artículos en revistas indexadas. 6. Referencias Gloria I. Cárdenas-Jirón, Paola León-Plata, Diego Cortes-Arriagada, and Jorge M. Seminario, Electron Transport Properties through Graphene Oxide Cobalt Phthalocyanine Complexes, J. Phys. Chem. C 2013, 117, Alexey V. Akimov, Amanda J. Neukirch, and Oleg V. Prezhdo, Theoretical Insights into Photoinduced Charge Transfer and Catalysis at Oxide Interfaces, Chem. Rev. 2013, 113,

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