lama Propiedades Estructurales Dinamicas Solidos Lineas Del Grupo

Structural Properties and Crystallography Group

1. Structural phase transitions

Esta línea de trabajo se centra en el estudio tanto experimental como teórico de las propiedades de los materiales y su relación con la existencia en ellos de transiciones de fase sólido-sólido. En general, las transiciones de fase estructurales en sólidos tienen un interés desde el punto de vista fundamental, ya que en ellas tienen lugar profundos cambios de su comportamiento (fuertemente dependientes del material de que se trate) que van más allá de un tratamiento perturbativo, y que son de difícil predicción. En muchos casos estos comportamientos anómalos son susceptibles de ser utilizados en aplicaciones tecnológicas, una vez optimizado industrialmente el material. En este campo, trabajamos en las líneas:

• Síntesis y caracterización experimental de nuevos materiales de inclusión de urea y tiourea.

• Síntesis, caracterización y análisis estructural y de transiciones de fase en perovskitas dobles (elpasolitas) y otros materiales pseudosimétricos.

• Análisis mediante simulaciones numéricas (fundamentalmente Monte Carlo) de transiciones de fase en ferroeléctricos sencillos (pero reales) modelizados mediante Hamiltonianos efectivos obtenidos a partir de cálculos ab-initio.

• Desarrollo y aplicación de nuevas técnicas numéricas más económicas y eficientes para la simulación de transiciones de fase, a caballo entre la aproximación de campo medio y el método de Monte Carlo.

• Transiciones de fase en altas presiones.

2. Computational Crystallography

En este campo, se realiza dentro del grupo una labor continuada de desarrollo de software y herramientas numéricas de análisis cristalográfico de carácter general, y se aplican de forma sistemática en la investigación de la estructura de los materiales y su relación con sus propiedades. La mayoría de estos programas los hacemos accesibles a cualquier usuario via Internet con gran éxito. Hemos creado para ello el Bilbao Crystallographic Server, en continuo desarrollo, que recibe un promedio de 500 demandas diarias del exterior. Los usuarios proceden de más de 50 paises y la proporción de usuarios españoles representa solamente un 16%. El servidor esta referenciado con conexión directa (link) en, entre otros, los servidores del National Institute of Standards (USA), la Universidad de Yale (USA), el Naval Research Laboratory (USA) y la Unión Internacional de Cristalografía.

3. First-principles calculations of electronic structures and structural instabilities

Los cálculos energéticos, estructurales y dinámicos "ab-initio" o "de primeros principios" han adquirido en la última decada precisión y eficiencias suficientes para tratar problemas de gran complejidad como son las transiciones de fase estructurales en sistemas reales. En estos estudios, se parte del cálculo de la estructura eléctrónica de los materiales en función de los números atómicos de los átomos y sus posiciones, haciendo uso de la teoría del funcional de la densidad (DFT), y sin utilizar, por tanto, ningún parámetro empírico. Dentro del grupo. esta línea de trabajo se inicia en el año 1995, y ha estado enfocada al análisis mediante estas técnicas de materiales con transiciones de fase estructurales, en especial materiales ferroeléctricos y ferroelásticos, y el desarrollo de nuevos programas. En este campo se ha colaborado con otros grupos:

• El grupo del Prof. David Vanderbilt en Rutgers University. Como fruto de esta colaboración se han implementado en el grupo las técnicas de pseudopotenciales ultrasuaves para realizar cálculos de gran precisión en óxidos ferroeléctricos.

• El Proyecto Siesta, financiado por diversas agencias para el desarrollo y aplicación de un programa (SIESTA por "Spanish Initiative in Electronic Structure for Thousands of Atoms"), cuya característica especial es que su coste computacional escala linealmente con el tamaño de del sistema ("orden N"). Esto convierte a este programa, a diferencia de la mayoría de los demás codigo "ab-initio" cuyo tratamiento de sólidos está limitado a pequeñas celdas, en una herramienta eficaz para el estudio de sistemas formados por un gran número de átomos (cientos o incluso miles).

El tratamiento computacional de las transiciones de fase se completa con técnicas de simulación estadística con modelos simplificados (pero en algunos casos, realistas).

4. Non-conventional Crystallography

El grupo es experto en la Cristalografía (3+d)-dimensional (formalismo superespacial) utilizada para la la descripción y análisis de estructuras aperiódicas (estructuras moduladas inconmensurables, materiales compuestos (composites) y cuasicristales). En el pasado, hemos participado en el desarrollo de este campo, surgido en los años ochenta, tanto desde el punto de vista teórico como experimental. Recientemente hemos iniciado una aplicación novedosa y ciertamente espectacular de esta técnicas de análisis, inicialmente desarrolladas para los sistemas aperiódicos, a estructuras cristalinas de largo periodo, fundamentalmente oxidos complejos de composición flexible, que forman series homólogas con composición variable. El formalismo 4 dimensional en el llamado "superespacio" permite utilizar una simetría común a toda la serie de compuestos homólogos, independientemente de su composición y de su tamaño de celda, y utilizar un modelo estructural único para todos los compuestos de la serie. El principio utilizado es de aplicación muy general a compuestos en capas, y causará, por tanto, una pequeña revolución en la forma de describir esta estructuras. Este trabajo y el comienzo de su aplicación a diversos materiales ha dado lugar a la colaboración con varios grupos de Química del Estado Sólido en Burdeos (J. Darriet), Limoges (D. Mercurio), Nantes (M. Evain), Praga (V. Petricek) y Canberra (R. Withers).

5. Development of X-ray diffraction equipment

Hemos llevado a cabo varios proyectos en colaboración con TEKNIKER consistentes en el diseño y construcción de un difractómetro de polvo cuya geometría flexible es altamente innovadora en este tipo de instrumentos. También ambos equipos, en colaboración con la Universidad de Málaga y el CSIC, se han diseñado, construido y automatizado el prototipo del goniómetro que se instalará en la línea española del ESRF. Esta linea de trabajo supone un esfuerzo innovador de gran valor añadido y impacto en el tejido tecnológico-industrial próximo. Estamos ahora completando el desarrollo de software para el difractómetro ya construido.