Computational modeling of thermal transport in low-dimensional materials

Over the past two decades, controlling thermal transport properties at the nanoscale has become more and more relevant. This is mostly motivated by the need of developing novel energy-harvesting techniques based on thermoelectricity and the necessity to control the heat dissipation in semiconductor devices. In this field, two major research lines can be identified: On one side 'phononics', which aims at developing devices such as thermal diodes, thermal transistors, and thermal logic gates, among others, and on the other side, phonon engineering aiming at controlling heat transport by producing or structurally modifying heterostructures made of novel nanomaterials (e.g., two-dimensional (2D) materials, nanotubes, organic systems). In order to gain insight into the factors controlling nanoscale heat flow and to be able to design highly-efficient thermal devices, the development of new computational approaches is crucial. The primary goal of the present thesis is the implementation of new methodologies addressing classical and quantum thermal transport at the nanoscale. We will focus on three major issues: (i) We will study thermal rectification effect in nanodevices made of novel 2D materials by means of nonequilibrium molecular dynamics simulations. The influence of structural asymmetry and substrate deposition on the thermal rectification will be investigated. (ii) To address quantum ballistic thermal transport in nanoscale systems, we will implement a nonequilibrium Green's functions (NEGF) treatment of transport combined with a density-functional based approach. Here, we will explore the dependence of the thermal transport properties of 2D materials and nanotubes on different intrinsic (structural anisotropy and grain boundaries) and external (molecular functionalization, strain engineering, and doping) factors. Finally, (iii) a time-dependent NEGF formalism will be developed and implemented to probe the transient and steady thermal transport in molecular junctions. In short, our results show that the mechanisms governing the thermal rectification effect in the 2D thermal rectifiers proposed in this work are shape asymmetries, interface material (planar stacking order), and changes in the degree of spatial localization of high-frequency modes (under nonequilibrium heat transport conditions). The rectification effect can be also controlled by substrate engineering. Moreover, we found that quantum ballistic thermal transport in 2D puckered materials displays an anisotropic behavior. The presence of structural disorder in the form of grain boundaries in graphene reduces overall its thermal transport efficiency. Dynamical disorder induced by coupling to a thermostat has however a weaker effect, suggesting that structural defects are playing a major role. External factors have a noticeable influence on the heat transport in new 2D materials and BNC heteronanotubes. On the other hand, we have also been able to characterize, from a quantum point of view, the phonon dynamics in carbon-based molecular junctions. We expect that the results obtained within this thesis will yield new insights into the thermal management of low-dimensional materials, and thus open new routes to the design of thermoelectric and phononic devices.In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Kontrolle der thermischen Transporteigenschaften im Nanobereich immer mehr an Bedeutung gewonnen. Dies ist vor allem auf die Notwendigkeit zurückzuführen, neue Energiegewinnungstechniken zu entwickeln, die auf Thermoelektrizität basieren, sowie auf die Problematik, die Wärmeabfuhr in Halbleiterbauelementen kontrollieren zu müssen. In diesem Bereich lassen sich zwei große Forschungslinien identifizieren: Auf der einen Seite 'Phononik', die unter anderem auf die Entwicklung von Bauelementen wie thermischen Dioden, Transistoren und Logikgattern abzielt, und auf der anderen Seite die Phononentechnik, die den Wärmetransport durch Herstellung oder strukturelle Modifikation von Heterostrukturen aus neuartigen Nanomaterialien (z.B. zweidimensionalen (2D) Materialien, Nanoröhren, organischen Systemen) steuert. Um einen Einblick in die Faktoren zu erhalten, die den Wärmefluss im Nanobereich steuern, und um hocheffiziente thermische Bauteile entwickeln zu können, ist die Entwicklung neuer Berechnungsansätze entscheidend. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist die Implementierung neuer Methoden, die sich mit dem klassischen und dem quantenthermischen Transport auf der Nanoskala befassen. Wir werden uns auf drei Hauptthemen konzentrieren: (i) Wir werden den thermischen Rektifikationseffekt in Nanobauteilen aus neuartigen 2D-Materialien mit Hilfe von Nichtgleichgewichts-Molekulardynamiksimulationen studieren. Der Einfluss von Strukturasymmetrie und Substratablagerung auf die thermische Rektifikation wird untersucht. (ii) Um den quantenballistischen Wärmetransport in nanoskaligen Systemen anzugehen, werden wir eine NEGF-Behandlung (Nichtgleichgewichts-Greensche Funktionen) des Transports in Kombination mit einem dichtefunktionalen Ansatz implementieren. Hier wird die Abhängigkeit der thermischen Transporteigenschaften von 2D-Materialien und Nanoröhrchen von verschiedenen intrinsischen (strukturelle Anisotropie und Korngrenzen) und externen (molekulare Funktionalisierung, Stammtechnik und Dotierung) Faktoren untersucht. Schließlich wird (iii) ein zeitabhängiger NEGF-Formalismus entwickelt und implementiert, um den transienten und stetigen Wärmetransport in molekularen Verbindungen zu untersuchen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die wesentlichen Mechanismen für die thermische Gleichrichtung in 2D thermischen Gleichrichtern durch Asymmetrien der Bauteilform, das Interface-Material (planare Stapelung Reihenfolge), und änderungen im Grad der räumlichen Lokalisierung von Hochfrequenz-Modi (unter Nicht-Gleichgewicht Wärmetransport-Bedingungen) gegeben sind. Der Gleichrichteffekt kann auch durch die Wahl des Substrats gesteuert werden. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass der quantenballistische Wärmetransport in 2D-Puckered-Materialien ein anisotropes Verhalten zeigt. Das Vorhandensein von strukturellen Störungen in Form von Korngrenzen in Graphen reduziert insgesamt die Effizienz des Wärmetransports. Dynamische Störungen, die durch die Ankopplung an einen Thermostaten hervorgerufen werden, haben jedoch eine schwächere Wirkung, was darauf hindeutet, dass strukturelle Defekte eine große Rolle spielen. Externe Faktoren haben einen nachweislichen Einfluss auf den Wärmetransport in neuen 2D-Materialien und BNC-Heteronanotubes. Weiterhin konnten wir auch die Phononendynamik in kohlenstoffbasierten molekularen Verbindungen quantitativ charakterisieren. Wir erwarten, dass die Ergebnisse dieser Arbeit neue Erkenntnisse über das Wärmemanagement von niedrigdimensionalen Materialien liefern und damit neue Wege für das Design von thermoelektrischen und phononischen Bauelementen eröffnen

Influencia de desorden sobre la distribución de separación de niveles electrónicos de nanopartículas de plata

En el presente trabajo se estudia la influencia del desorden estructural y químico sobre la distribución de separación de niveles electrónicos vecinos de un conjunto de nanopartículas de plata, cuyo número de átomos corresponde a los llamados números mágicos (los cuales varían de 147 hasta 5083 átomos). Este estudio se realiza con el fin de conocer como será el comportamiento electrónico de estas nanopartículas bajo la influencia de estos tipos de desordenes, ya que dependiendo de qué distribución de separación de niveles presente el sistema, se le puede asociar a este un carácter metálico, aislante o cercano a estos. Las nanopartículas de plata fueron obtenidas mediante simulación de dinámica molecular empleando un potencial tight-binding. El desorden estructural fue producido aplicando diferentes velocidades de enfriamiento a las nanopartículas de plata en estado líquido y el desorden químico fue provocado introduciendo una energía aleatoria en la energía de sitio del Hamiltoniano electrónico tipo tight-binding. Los resultados indican que, independientemente de las velocidades de enfriamiento usadas en este trabajo, las nanopartículas de plata presentan un comportamiento tipo metálico para todos los tamaños, ya que tienen una distribución de separación de niveles cercana a la distribución de Wigner. Por otro lado, se tiene que el carácter metálico de las nanopartículas de plata se va perdiendo a medida que se aumenta el grado de desorden químico, adquiriendo finalmente un carácter aislante. Es decir, la distribución tipo Wigner cambia a una de tipo Poisson, como es de esperarse para sistemas fuertemente desordenados.-- In the present work I study the influence of the structural and chemical disorder on the nearest neighbor level spacings distribution of a set of silver nanoparticles, whose number of atoms correspond to the well known magic numbers (which vary from 147 to 5083 atoms). The main goal of this work is to know how strong is the influence of disorder on the electronic behavior of these nanoparticles. Thus, we can associate the level spacing distribution to a metallic or insulating character. The silver nanoparticles were obtained by molecular dynamics simulation using a tight-binding potential. The structural disorder was produced by applying different cooling rates to the silver nanoparticles in liquid state, and the chemical disorder was introduced by adding a random energy in the site energy of the tight-binding Hamiltonian of the electrons. The results indicate, that independent of the cooling rates used in this work, silver nanoparticles have a metal-like behavior for all sizes, i. e. the level spacing distribution is close to the Wigner distribution. Furthermore, this metallic character changes after increasing the degree of chemical disorder acquiring finally an insulating character; i. e., the Wigner-like distribution changes to a Poisson-like one, as expected for strongly disordered systems.Tesi

Influencia del desorden sobre la estructura atómica y las propiedades electrónicas de nano-partículas mono-metálicas de Cu y Ag

Estudia la influencia del desorden químico y estructural sobre la estructura atómica y las propiedades electrónicas de un conjunto de nano-partículas mono-metálicas de plata y cobre con un número de átomos constituyentes especiales (números mágicos icosaedrales) que varía de 13 a 5083 átomos. Las nano-partículas son formadas mediante simulaciones de dinámica molecular usando un potencial de Johnson, basado en el método del átomo incrustado, para el cobre y un potencial tight-hinding para la plata. Además, se estudia el efecto del desorden químico en las nano-partículas haciendo variar la energía de sitio del Hamiltoniano electrónico tipo tight-hinding según una distribución uniforme. El desorden estructural fue producido aumentando la velocidad del enfriamiento durante el proceso de formación de la nano-partícula.Tesi

Pharmacotherapeutic Challenges in Parkinson’s Disease Inpatients

During the natural history of Parkinson’s disease (PD), many patients require hospital admission for medical or surgical problems other than the motor features of PD. Therefore, they are often admitted to non-neurological wards where the staff is unfamiliar with PD management. Among the issues related to hospitalization in patients with PD, drug-related problems such as inappropriate levodopa timing of administration, the use of contraindicated, centrally acting antidopaminergic drugs and anticholinergic burden remain among the most troublesome

Construcción de portafolios de inversión como una propuesta para el diseño de un sistema informático que se llevará a cabo en la Universidad de El Salvador, de la Ciudad de Santa Ana

El presente trabajo está dirigido a aquellas personas interesadas en la manera en que es conformado un portafolio de inversión, pretende abarcar el contenido que se vio en la materia “Construcción de Portafolios”, para esto se creará un sitio WEB1 que permita utilizar los conocimientos aprendidos durante la “maestría en administración financiera”, en su momento se presentó un modelo sencillo desarrollado en EXCEL2, el cual permite obtener los portafolios que se encuentran en la llamada frontera eficiente cuyo fundamento teórico es el Modelo de Markowit

Gestión de cuentas por cobrar y su efecto en la liquidez en la empresa Inversiones Alvarin S.A.C. 2021

La presente investigación titulada “Gestión de cuentas por cobrar y su efecto en la liquidez en la empresa Inversiones Alvarin S.A.C. 2021”; tuvo como objetivo determinar el impacto de la gestión de cuentas por cobrar en la liquidez de la compañía. La metodología empleada fue de tipo básica, descriptiva simple, con un enfoque cuantitativo, de diseño no experimental. La población estuvo compuesta por los estados financieros de la empresa, de los cuales se seleccionó como muestra el estado de situación financiera y el estado de resultados del año 2021; asimismo, se utilizó la técnica de guía de observación y guía de entrevista. Se obtuvo como resultado que en el año 2021 la entidad presenta tiempos de atraso en recuperar la cartera de cuentas por cobrar, con un ratio de 3,89 veces, equivalente a 93 días; respecto a la liquidez del periodo 2021, se observó que la empresa no llegaba a cubrir los pasivos corrientes a corto plazo con un indicador financiero de 0.81 de liquidez general, esto hizo que la empresa ocurra a préstamos bancarios. Se concluyó que la empresa Inversiones Alvarin S.A.C. ha tenido dificultades al momento de recuperar sus cuentas por cobrar debido a la ineficiente gestión del área

Evolutionary, structural and functional relationships revealed by comparative analysis of syntenic genes in Rhizobiales

BACKGROUND: Comparative genomics has provided valuable insights into the nature of gene sequence variation and chromosomal organization of closely related bacterial species. However, questions about the biological significance of gene order conservation, or synteny, remain open. Moreover, few comprehensive studies have been reported for rhizobial genomes. RESULTS: We analyzed the genomic sequences of four fast growing Rhizobiales (Sinorhizobium meliloti, Agrobacterium tumefaciens, Mesorhizobium loti and Brucella melitensis). We made a comprehensive gene classification to define chromosomal orthologs, genes with homologs in other replicons such as plasmids, and those which were species-specific. About two thousand genes were predicted to be orthologs in each chromosome and about 80% of these were syntenic. A striking gene colinearity was found in pairs of organisms and a large fraction of the microsyntenic regions and operons were similar. Syntenic products showed higher identity levels than non-syntenic ones, suggesting a resistance to sequence variation due to functional constraints; also, an unusually high fraction of syntenic products contained membranal segments. Syntenic genes encode a high proportion of essential cell functions, presented a high level of functional relationships and a very low horizontal gene transfer rate. The sequence variability of the proteins can be considered the species signature in response to specific niche adaptation. Comparatively, an analysis with genomes of Enterobacteriales showed a different gene organization but gave similar results in the synteny conservation, essential role of syntenic genes and higher functional linkage among the genes of the microsyntenic regions. CONCLUSION: Syntenic bacterial genes represent a commonly evolved group. They not only reveal the core chromosomal segments present in the last common ancestor and determine the metabolic characteristics shared by these microorganisms, but also show resistance to sequence variation and rearrangement, possibly due to their essential character. In Rhizobiales and Enterobacteriales, syntenic genes encode a high proportion of essential cell functions and presented a high level of functional relationships

Procedimientos de seguridad para trabajos en altura en minería

Algunas de las tareas preliminares para la apertura de una explotación a Cielo Abierto, de un nuevo frente de ésta, de un acceso, así como las actividades de protección, sostenimiento o restauración de taludes finales, requieren la ejecución de trabajos en el medio vertical: desarrollados en laderas o taludes de elevada pendiente, con riesgos de caídas a gran altura y también, en ocasiones, con riesgo de desprendimiento de rocas. En el presente, las empresas que prestan servicios en este campo han adaptado procedimientos del mundo de la escalada o la espeleología, empleando utensilios y elementos de protección de contrastada eficacia pero sin que haya sido reconocida su homologación como tales. El personal, que también procede del ámbito deportivo, presenta excelentes aptitudes para estos trabajos pero no han sido tampoco establecidos los requisitos normativos que garanticen esa aptitud. La diversidad de actividades y las diferentes circunstancias que rodean a éstas convierten a los procedimientos de seguridad para trabajos en altura en una interesante línea de estudio de seguridad. Nosotros queremos con esta comunicación aportar algunos ejemplos con los que resaltar la importancia de eliminar el vacío o ambigüedad normativa en estos trabajos que tienen una repercusión económica elevada.Laboratorio oficial J.M. Madariaga. Universidad Politécnica de Madri