4a MESA REDONDA EN QUÍMICA COMPUTACIONAL
Viernes 18 de Julio de 2025, 12:30 a 14:30 h
“Non-intuitive Transition State Search in Complex Reaction Mechanisms”
Dra. Patrizia Calaminici
CINVESTAV, Ciudad de México, México
12:30 a 13:00 h
Resumen
La localización de los estados de transición es crucial para el estudio de las reacciones químicas. Mientras que en reacciones químicas simples las estructuras iniciales intuitivas para la optimización de estados de transición pueden funcionar muy bien, este enfoque falla en reacciones más complejas, características de la catálisis homogénea y heterogénea. En esta charla, presentaré una nueva implementación del buscador de estados de transición jerárquico [1]. Este se basa en minimizaciones restringidas en hiperesferas que reducen la energía potencial de la hipersuperficie de los reactivos. Se discuten las ecuaciones de trabajo de esta nueva metodología y su validación [2]. Estas se implementan en deMon2k [3] para la interpolación de silla de montar en la búsqueda de estados de transición jerárquicos. Se presentarán aplicaciones seleccionadas para reacciones concertadas, catálisis homogénea y reordenamientos de clústeres metálicos [4]. En la segunda parte de la charla, se discutirá el desarrollo e implementación de un buscador de estados de transición unipolar basado en el nuevo método de minimización de hiperesferas. Para validar su eficacia, este nuevo método se probó en la superficie del modelo de Müller-Brown para localizar un estado de transición (ET) a partir de un mínimo local dado. Modelado de la curvatura de la superficie de energía potencial. Para una descripción precisa de la curvatura de la superficie de energía potencial (PES), se introducen coordenadas normales escaladas (SNC) [5, 6]. Para analizar el rendimiento y la estabilidad de las SNC, se presentan cálculos de coordenadas de reacción intrínsecas (IRC) utilizando el nuevo método de minimización de hiperesferas y las SNC.
[1] del Campo J.M., A.M. Köster, J. Chem. Phys. 2008, 024107.
[2] Sanchez-Alvarez J.A., López Sosa L., Köster A.M., Calaminici P. under revisión.
[3] deMon2k: http://www.demon-software.com.
[4] Sanchez-Alvarez, A.M. Köster, Calaminici P. in preparation.
[5] Ohno K., Maeda S., Chem. Phys. Lett. 2004, 384, 277.
[6] Ohno K., Maeda S., J. Phys. Chem. 2005, 109, 5742.
“La Química cuántica en el contexto del año internacional de las tecnologías cuánticas”
Dr. Humberto Laguna Galindo
Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa, Ciudad de México, México
13:00 a 13:30 h
Resumen
El año 2025 ha sido declarado por la ONU como el Año Internacional de las Tecnologías Cuánticas, en conmemoración del centenario de los primeros desarrollos de la mecánica cuántica, cuya evolución culminó en la formulación de la ecuación de Schrödinger en 1926. El impacto de esta teoría ha sido tan profundo que resulta difícil imaginar el mundo moderno sin las tecnologías que ha hecho posibles.
En esta charla abordaremos tanto las tecnologías cuánticas que ya forman parte de nuestra vida cotidiana como aquellas que están en desarrollo y que se perfilan como fundamentales en los próximos años. También se destacarán las contribuciones específicas que se realizan desde el campo de la química cuántica.
En la segunda parte, se presentará la línea de posgrado en Tecnologías Cuánticas de la División de Ciencias Básicas e Ingeniería (DCBI) de la UAM Iztapalapa. Esta iniciativa interdisciplinaria integra a cinco programas de posgrado: Física, Química, Matemáticas, Ingeniería Biomédica, y Ciencias y Tecnologías de la Información, con el objetivo de formar profesionales capaces de liderar la próxima revolución tecnológica.
“El espín electrónico como futuro tecnológico”
Dr. José Ángel Reyes Retana
Instituto Tecnológico de Monterrey, Santa Fe, Ciudad de México, México
13:30 a 14:00 h
Resumen
El espín electrónico, esa propiedad cuántica intrínseca de las partículas que alguna vez se interpretó como una simple "rotación", es hoy la piedra angular de tecnologías disruptivas. A diferencia de la carga eléctrica, base de la electrónica tradicional, el espín ofrece un paradigma alternativo: manipular estados cuánticos sin generar calor ni consumir grandes cantidades de energía. Esto no solo soluciona limitaciones físicas de los dispositivos actuales, sino que también abre la puerta a una nueva era: la espintrónica, donde la información se almacena y procesa con una eficiencia sin precedentes.
El futuro tecnológico del espín ya se vislumbra en desarrollos como las memorias MRAM (más rápidas y duraderas que las basadas en silicio), la computación cuántica con qubits de espín y sensores médicos de ultra alta precisión. Imaginemos un mundo donde los discos duros no pierdan datos, las cirugías sean guiadas por nanodispositivos espintrónicos, o la inteligencia artificial funcione en hardware cuántico- espintrónico. Compañías como IBM e Intel ya invierten millones en estas tecnologías, porque quien domine el espín dominará la próxima revolución industrial.
Sin embargo, este futuro no se construirá solo: requiere científicos e ingenieros capaces de transformar el espín —esa propiedad cuántica aparentemente abstracta— en soluciones tangibles. En mi trabajo, he explorado cómo los materiales bidimensionales pueden manipular estados de espín con una eficiencia sin precedentes, acercando la física fundamental al terreno de la tecnología aplicada. Este es solo un ejemplo de cómo cada avance, por pequeño que parezca, nos acerca a la próxima gran transformación.
Por eso los invito a reflexionar: ¿qué papel podemos desempeñar, desde nuestras disciplinas, para acelerar esta transición? Estoy convencido de que la respuesta yace en desbloquear el potencial del espín electrónico.
SEMBLANZAS DE PANELISTAS DE LA
4a MESA REDONDA EN QUÍMICA COMPUTACIONAL
Dra. Patrizia Calaminici
CINVESTAV, Ciudad de México, México
Patrizia Calaminici obtuvo su maestría en Física y su doctorado en Química por la Universidad de Calabria (UNICAL), Italia, en 1991 y 1996, respectivamente. Durante su doctorado, realizó una estancia de investigación, de julio de 1993 a diciembre de 1994, en la Universidad de Montreal, Canadá.
Realizó una estancia postdoctoral en química teórica en la Universidad de Hannover, Alemania, de 1997 a 1999. Fue nombrada Profesora Titular del Departamento de Química del CINVESTAV en septiembre de 1999. Ha realizado estancias de investigación en diversas instituciones en el extranjero, incluyendo instituciones en Canadá, EE. UU., India, Alemania, Francia e Italia.
Sus principales áreas de interés son las aplicaciones y desarrollos en el marco de la teoría del funcional de la densidad, que actualmente se centran en los siguientes temas: Metales y clústeres de metales de transición; Diseño teórico de nanocatalizadores; Desarrollo de algoritmos para la minimización restringida y la búsqueda de estados de transición; Derivadas de energía analíticas de segundo orden QM/MM; Polarizabilidades e hiperpolarizabilidades; Fusión de sistemas finitos; Estructura y propiedades de fulerenos grandes y fulerenos endoédricos.
o Ha supervisado a más de 25 estudiantes, entre doctorados, másteres y estudiantes de grado. Ha recibido más de 10 becarios postdoctorales en su grupo de investigación.
o Es miembro del SNII desde el año 2000, con nivel III.
o Es autora y/o coautora de más de 120 artículos internacionales publicados y revisados por pares, y coautora de más de 20 libros. Actúa como revisora y miembro del consejo editorial de diversas revistas científicas.
Dr. Humberto Laguna Galindo
Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa, Ciudad de México, México
Humberto Laguna Galindo es profesor del Departamento de Química de la UAM Iztapalapa. Estudió la licenciatura, maestría y doctorado en Química en la misma institución, además de la licenciatura en Estudios Latinoamericanos en la Facultad de Filosofía y Letras de la UNAM. Realizó estancias posdoctorales en las facultades de Ciencias, de Química y en el Centro de Ciencias de la Complejidad de la UNAM, también ha realizado estancias de investigación en Harvard University y en el Max Planck Institute for Mathematics in the Sciences en Leipzig. Ha impartido alrededor de 35 cursos de licenciatura y posgrado, varios de ellos en modalidad virtual. Ha dirigido cinco proyectos terminales de licenciatura, una tesis doctoral, una tesis de maestría, además de varios proyectos de Servicio Social y tres estancias posdoctorales. Funge como árbitro para diferentes revistas científicas de circulación internacional y ha publicado 42 artículos que tienen más de 600 citas. Es investigador nacional nivel 1 del Sistema Nacional de Investigadores e Investigadoras. Sus principales líneas de investigación son: (1) Aplicaciones de la teoría de la información a sistemas cuánticos, (2) Mecánica cuántica en el espacio-fase, (3) Desarrollo de baterías de flujo redox orgánicas para aplicaciones de energías limpias y (4) Aplicaciones de la teoría de la información a la teoría de redes.
Es coordinador del Tronco General en Química de la DCBI de la UAM-Iztapalapa, parte del Comité de Cursos Complementarios y de la Comisión Académica de Coordinación de Apoyo a la Educación Mixta y Virtual de la UAM Iztapalapa (Virtuami). Además, es editor de Tlecaxitl, gaceta del Departamento de Química de la UAM-I.
Dr. José Ángel Reyes Retana
Instituto Tecnológico de Monterrey, Santa Fe, Ciudad de México, México
El Dr. Reyes Retana es de nacionalidad mexicana nacido en el año de 1980. Realizó sus estudios superiores en la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México del año 2000 al 2004. En este periodo se le reconoció con la medalla al mérito universitario por el mejor promedio de su generación (Medalla Gabino Barreda). En febrero de 2005 obtuvo su título de Físico con mención honorífica. Para el mismo año, el ingresó a realizar sus estudios de posgrado en el Instituto de Investigaciones en Materiales. El área de especialización fue la ciencia e ingeniería de materiales, en particular el estudio de los materiales electrónicos por medio de técnicas de supercomputo. En enero de 2007 la Universidad Nacional le concede el título de maestro en ciencia e ingeniería de materiales por la aprobación de su examen de candidatura a doctor. Durante sus estudios de doctorado realizó un intercambio académico en el verano 2008 en Sheffield, Inglaterra (University of Sheffield and Sheffield Hallam University).
Antes de recibir su grado de doctor participo en distintos congresos nacionales de física e internacionales de ciencia de materiales. En marzo de 2011 obtuvo su grado de Doctor en ciencia e ingeniería de materiales con mención honorífica. El Dr. Reyes ha publicado artículos de investigación en diferentes revistas internacionales arbitradas, así como un capítulo de libro y un libro en el área de los calcogenuros amorfos. Actualmente es miembro de `` International Forum of Chalcogeniders ‘’ donde solo hay 272 miembros en todo el mundo y 4 tienen una adscripción en México. De 2012 a 2016 realizó dos estancias posdoctorales en el Instituto de Física (UNAM) y en el laboratorio de Nanotecnología de la IBERO. Sus líneas de investigación son los vidrios metálicos y nano- listones de compuestos metal-calcogenuro y materiales de baja dimensionalidad. Actualmente pertenece al Departamento de Mecánica y Materiales Avanzados del Tecnológico de Monterrey Campus Santa Fé.
FORO DE
“CIENCIA Y TECNOLOGÍAS CUÁNTICAS”
Foro “Ciencias y tecnologías cuánticas” martes 15 de Julio de 2025, 12:30 a 14:30 h Sala W-01, Edificio “W” planta baja
“Estados Excitados y Control de Propiedades Luminiscentes de Materiales” Dr. Luis Gutiérrez Arzaluz
Cinvestav-Zacatenco, Ciudad de México, México
Resumen
El uso de materiales foto-responsivos como sensores o materiales emisores de luz ha tenido un auge sin precedentes en los últimos años, desde métodos de detección de contaminantes, pruebas biológicas, hasta LEDs y sistemas de autentificación. Estas propiedades luminiscentes están reguladas por la dinámica entre los distintos estados electrónicos del sistema. La competencia con procesos no-radiativos, transferencia de energía y rigidizar de las estructuras, entre otros fenómenos alteran esta capacidad de emitir luz en los materiales.
Entender estos procesos es fundamental para poder regularlos y modificarlos en nuestro beneficio. Sin embargo, el estudio computacional de sistemas en estados electrónicos excitados representa un reto técnico debido a la cantidad de posibles estados energéticos con diferentes multiplicidades involucrados, lo que hace su análisis un trabajo complejo y computacionalmente costoso. Hoy en día existen diversas aproximaciones para sortear estos obstáculos y tener excelentes aproximaciones del comportamiento de sistemas capaces de absorber y emitir luz.
En este trabajo se presentan algunos casos de estudios computacionales y experimentales de fenómenos fotoinducidos en moléculas orgánicas y entramados organometálicos (MOFs) y su estrecha relación con la modificación de sus propiedades luminiscentes a través de la exploración de la naturaleza y orden de los estados electrónicamente excitados, además de la influencia en dichas propiedades de interacciones intermoleculares en compositos y con analitos. El entendimiento y control de la dinámica de los estados excitados de estos sistemas abre una puerta al diseño de mejores materiales, más sensibles, selectivos y brillantes para su uso en nuestra vida diaria.
Foro “Ciencias y tecnologías cuánticas” martes 15 de Julio de 2025, 12:30 a 14:30 h Sala W-01, Edificio “W” planta baja
“Quantum Mechanical Insight into Melting: Aluminum Clusters” Dr. Andreas M. Kӧster
CINVESTAV, Ciudad de México, México
Resumen
La termodinámica de la fusión macroscópica se describe con precisión mediante la ecuación de Clausius- Clapeyron. Sin embargo, con el auge de la nanociencia, la fusión de sistemas finitos ha cobrado cada vez más importancia. Durante las últimas dos décadas, se han desarrollado en varios laboratorios técnicas experimentales para el estudio preciso de la fusión de cúmulos metálicos seleccionados de pequeño tamaño. La fusión de cúmulos de sodio [1] y aluminio [2] se ha estudiado en detalle. Sorprendentemente, la descripción teórica de estas transiciones de fusión requiere simulaciones químicas cuánticas ab-initio [3].
En esta charla, presentaré la teoría del funcional de la densidad auxiliar deMon2k [4], los primeros principios de revenido paralelo, la dinámica molecular de Born-Oppenheimer (PT-BOMD) [5] y simulaciones de cúmulos de aluminio seleccionados. Se demostrará que es posible realizar una predicción cuantitativa de las curvas de capacidad térmica de sistemas finitos a partir de simulaciones PT-BOMD con el método de estructura electrónica utilizado. Se analizarán en detalle las particularidades de los cúmulos individuales y las familias de cúmulos, comparándolas con los resultados experimentales disponibles y su interpretación en la literatura. Se desarrollará un modelo mecánico cuántico para la fusión de sistemas finitos.
Referencias:
[1] M. Schmidt, R. Kusche, B. v. Issendorff, H. Haberland, Nature 393 (1998) 238.
[2] G.A. Breaux, C.M. Neal, B. Cao, M.F. Jarrold, Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 173401.
[3] J.M. Vásquez-Pérez, G.U. Gamboa, D. Mejía-Rodríguez, A. Alvarez-Ibarra, G. Geudtner, P. Calaminici, A.M. Köster,
J. Chem. Phys. Lett. 6, (2015) 4646.
[4] M. Díaz-Tinoco, R. Flores-Moreno, B.A. Zúñiga-Gutiérrez, A.M. Köster, J. Chem. Theory Comput. en prensa;
Véase también http://www.demon-software.com
[5] F. Louisnard, G. Geudnter, A.M. Köster, J. Cuny, Theor. Chem. Acc. 140, (2021) 95.
Dr. Luis Gutiérrez Arzaluz
Departamento de Química CINVESTAV-Zacatenco, Ciudad de México, México
Realizó sus estudios de licenciatura como Químico en la Universidad Autónoma del Estado de México. Posteriormente realizó su maestría y doctorado en la Universidad Nacional Autónoma de México. Al finalizar, realizó una estancia postdoctoral en la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) en Arabia Saudita. Durante esta estancia estudió las propiedades ópticas y electrónicas de materiales avanzados basados en perovskitas y entramados organometálicos (MOFs) mediante espectroscopía resuelta en tiempo y de partícula individual, para aplicaciones en celdas solares, escintiladores de rayos X y sensores, en vinculación con Aramco. Ha colaborado con instituciones como la Universidad de Texas en San Antonio y la Universidad Politécnica de Hong Kong, entre otras. Desde el 2020 es miembro del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores, nivel I y ha participado como revisor de proyectos de investigación del CONAHCyT. Ha publicado más de 60 artículos (con más de 1900 citas) y una patente. Además, ha participado como supervisor técnico de tesis de licenciatura y ha participado en la impartición de cursos de posgrado. Sus investigaciones se centran en el estudio experimental y teórico de fenómenos fotoinducidos y propiedades luminiscentes de materiales compuestos de nanopartículas y moléculas orgánicas para su uso en imagenología.
Dr. Andreas M. Kӧster
CINVESTAV, Ciudad de México, México
Andreas M. Kӧster nació en Steinhude, Alemania, en 1964. Estudió química en Hannover, donde recibió su diploma en 1989 con un trabajo de tesis sobre aromaticidad. Obtuvo su título de doctor rerum naturalium en Química Teórica bajo la supervisión del Prof. Karl Jug en la Universidad Leibniz de Hannover en 1992 con un trabajo sobre reactividad química. Realizó una corta estancia de investigación después de la disertación con el Prof. Roman Nalewajski en Cracovia, Polonia, lo introdujo a la teoría funcional de la densidad. A principios de 1993 comenzó su investigación postdoctoral con el Prof. Dennis R. Salahub en Montreal, Canadá. Desde entonces, está involucrado en la implementación técnica y el desarrollo del código deMon de la teoría funcional de la densidad. Con base en este trabajo, un importante interés de investigación se convirtió en el desarrollo de aproximaciones integrales moleculares de primeros principios. En 1995, Andreas M. Kӧster regresó a Alemania para iniciar una habilitación, financiada por la Deutsche Forschungsgemeinschaft. Durante los cuatro años siguientes, desarrolló un nuevo método funcional de la densidad con funciones auxiliares, que posteriormente sentó las bases de una nueva versión del código deMon, ahora denominado deMon2k. Tras finalizar la habilitación en 1999, se trasladó al centro de investigación CINVESTAV en México para ocupar un puesto de profesor titular de Química Teórica. Sus intereses de investigación son, entre otros, el desarrollo de métodos teóricos del funcional de la densidad y sus aplicaciones a problemas fundamentales de la química. El Dr. Kӧster es el autor principal de deMon2k, un código informático de química cuántica utilizado por cientos de investigadores de todo el mundo. Ha publicado más de 150 artículos de investigación revisados por pares que han recibido más de 5000 citas. Ha impartido más de 150 conferencias invitadas en congresos internacionales, universidades y centros de investigación. Recibió varios reconocimientos entre ellos el premio Leibniz del Ministerio de Ciencia y Arte de Baja Sajonia y la beca CARÁCTER-III del CONACYT. Fue miembro de la Studienstiftung des Deutschen Volkes, Fonds der Chemischen Industrie y Deutschen Forschungsgemeinschaft.