{"id":90944,"date":"2018-03-11T10:09:36","date_gmt":"2018-03-11T10:09:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/sin-categoria\/chemical-bonding-in-crystalline-solids-implementation-and-development-of-the-topological-analysis-of-elf-in-the-solid-state\/"},"modified":"2018-03-11T10:09:36","modified_gmt":"2018-03-11T10:09:36","slug":"chemical-bonding-in-crystalline-solids-implementation-and-development-of-the-topological-analysis-of-elf-in-the-solid-state","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/topologia\/chemical-bonding-in-crystalline-solids-implementation-and-development-of-the-topological-analysis-of-elf-in-the-solid-state\/","title":{"rendered":"Chemical bonding in crystalline solids. implementation and development of the topological analysis of elf in the solid state"},"content":{"rendered":"<h2>Tesis doctoral de <strong> Julia Contreras Garcia <\/strong><\/h2>\n<p>La investigaci\u00f3n llevada a cabo durante el desarrollo de esta tesis doctoral incluye (i) un trabajo de compilaci\u00f3n sobre la literatura actual en localizaci\u00f3n electr\u00f3nica, (ii) tareas dedicadas a desarrollos metodol\u00f3gicos y de implementaci\u00f3n de algoritmos en un nuevo c\u00f3digo computacional, y (iii) la aplicaci\u00f3n del mismo al estudio de una colecci\u00f3n de problemas del estado s\u00f3lido en donde el an\u00e1lisis del enlace qu\u00edmico se muestra especialmente atractivo y enriquecedor. Es interesante notar en este punto que, siguiendo las directrices europeas, la tesis debe escribirse en dos idiomas comunitarios. Hemos optado a lo largo de esta memoria por reservar para el ingl\u00e9s aquellos resultados que constituyen una aportaci\u00f3n nueva, ya sea metodol\u00f3gica o aplicada, as\u00ed como las conclusiones, con el objetivo de que la difusi\u00f3n de este trabajo entra\u00f1e los menores problemas posibles.   en primer lugar, a lo largo de la tesis se ha pretendido transmitir la preocupaci\u00f3n por aportar primero aspectos generales de las cuestiones b\u00e1sicas de nuestra investigaci\u00f3n sobre la localizaci\u00f3n electr\u00f3nica debido a la ausencia de compilaciones de este tipo en la literatura. Se aborda as\u00ed en un primer cap\u00edtulo los diferentes m\u00e9todos de localizaci\u00f3n existentes actualmente. A continuaci\u00f3n, en el segundo cap\u00edtulo, se realiza un an\u00e1lisis pormenorizado de la elf, incluyendo las diversas hip\u00f3tesis que se han formulado sobre su significado f\u00edsico, el an\u00e1lisis de su topolog\u00eda y ciertas aplicaciones en las que la elf ha demostrado ser una pieza clave a la hora de desentra\u00f1ar el enlace qu\u00edmico.   en el tercer cap\u00edtulo se lleva a cabo una descripci\u00f3n de la metodolog\u00eda involucrada en el desarrollo de nuestra investigaci\u00f3n, repasando en primer lugar los diferentes aspectos del c\u00e1lculo de la estructura cristalina en s\u00f3lidos y su relaci\u00f3n con la localizaci\u00f3n y\/o la elf. Aportamos de esta manera una visi\u00f3n diferente y relevante de los aspectos computacionales en el estudio del enlace cristalino. La segunda parte de este cap\u00edtulo se vuelca en el primer objetivo de la tesis, la creaci\u00f3n de una nueva herramienta computacional que permita acceder de forma cuantitativa al an\u00e1lisis de la topolog\u00eda de la elf en cristales. El c\u00f3digo construido es capaz de identificar las posiciones de todos los puntos cr\u00edticos de la elf en las celdas cristalinas, as\u00ed como evaluar la carga electr\u00f3nica y los vol\u00famenes asociados a las distintas cuencas. Las principales diferencias entre la navegaci\u00f3n sobre la superficie de la elf cristalina y molecular se ponen de relieve en esta secci\u00f3n, describi\u00e9ndose detalladamente los algoritmos que facilitan la adaptaci\u00f3n del programa a tales caracter\u00edsticas.   la aplicaci\u00f3n de este c\u00f3digo computacional al estudio de la formaci\u00f3n del enlace en s\u00f3lidos permite establecer cuestiones fundamentales sobre el cambio progresivo que sufre la topolog\u00eda de la elf a medida que se va formando el enlace. Esta aportaci\u00f3n metodol\u00f3gica se encuentra recogida en el cap\u00edtulo cuarto junto con otras teor\u00edas y metodolog\u00edas dirigidas al estudio y el an\u00e1lisis progresivo del apareamiento electr\u00f3nico. Tomando como punto de partida un s\u00f3lido molecular, el comportamiento general se muestra en los cambios que presenta el perfil de la elf a medida que se avanza en la interacci\u00f3n entre las mol\u00e9culas del sistema: (i) la elf en el punto de silla de primer orden pasa de un valor nulo en el s\u00f3lido molecular a un valor apreciable (generalmente 0.1-0.2) a medida que el enlace empieza a formarse, y (ii) se produce un cambio catastr\u00f3fico en el que el punto de enlace se transforma en un m\u00e1ximo correspondiente a la aparici\u00f3n del enlace y su cuenca asociada. Un an\u00e1lisis detallado de los puntos cr\u00edticos y el valor de la elf en los mismos permite identificar las diferentes etapas as\u00ed como avanzar ciertos criterios de estabilidad. La configuraci\u00f3n geom\u00e9trica de equilibrio del estado fundamental de las mol\u00e9culas estudiadas se corresponde con el valor m\u00e1s alto de la elf en el punto de enlace (\u00edndice que denominamos edi, elf delocalization index), sirviendo la evoluci\u00f3n de su valor hacia dicho m\u00e1ximo para caracterizar la progresi\u00f3n en la formaci\u00f3n del enlace.  para disponer de informaci\u00f3n cuantitativa \u00fatil en la formulaci\u00f3n de este tipo de tendencias generales, es preciso un c\u00f3digo computacional capaz de encontrar en el estado s\u00f3lido el conjunto de m\u00e1ximos y puntos de silla de primer orden de la elf. El c\u00f3digo que hemos desarrollado permite acceder a dicha informaci\u00f3n y llevar a cabo el an\u00e1lisis del entramado de enlaces de numerosas estructuras cristalinas, as\u00ed como desentra\u00f1ar  relaciones de aplicaci\u00f3n general entre sus patrones de localizaci\u00f3n electr\u00f3nica y sus propiedades macrosc\u00f3picas.  hemos adoptado una metodolog\u00eda est\u00e1ndar de resoluci\u00f3n de la estructura electr\u00f3nica que utiliza funciones de base all electron, a trav\u00e9s del c\u00f3digo crystal98, a fin de asegurar un c\u00f3mputo cuantitativo apropiado de las propiedades de cuenca. El estudio de la topolog\u00eda de la elf en cristales se ha llevado a cabo a trav\u00e9s de una extensi\u00f3n del c\u00f3digo critic desarrollada a lo largo de esta investigaci\u00f3n doctoral. El c\u00f3digo permite la identificaci\u00f3n y caracterizaci\u00f3n de los puntos cr\u00edticos de la elf, la integraci\u00f3n de cuencas y la representaci\u00f3n gr\u00e1fica, a fin de proporcionar una visi\u00f3n completa y clara del entramado de enlaces qu\u00edmicos presentes en los s\u00f3lidos cristalinos.   en el quinto cap\u00edtulo se recogen con detalle los resultados obtenidos en diferentes tipos de s\u00f3lidos, centr\u00e1ndonos fundamentalmente en el comportamiento intrafase e intentando proporcionar tendencias generales y modelos de enlace. Por una parte, se analiza la respuesta a la presi\u00f3n de las fases s\u00f3lidas de los elementos qu\u00edmicos a lo largo de los primeros periodos de la tabla peri\u00f3dica con el fin de sistematizar  y descomponer las ecuaciones de estado en contribuciones ligadas al tipo de enlace qu\u00edmico que presentan. Este an\u00e1lisis permite desvelar la naturaleza progresiva del enlace a lo largo de la tabla peri\u00f3dica. Partiendo del enlace por interacciones de van der waals de los gases nobles, se pasa al enlace met\u00e1lico de los elementos de los grupos i, ii y iii. El grupo iv permite explorar el comportamiento de los s\u00f3lidos covalentes. Los elementos de los grupos v, vi y vii permiten el estudio de fases cristalinas en donde pueden combinarse enlaces covalentes y moleculares, como sucede con el n2. A continuaci\u00f3n, se analiza pormenorizadamente la topolog\u00eda de los haluros alcalinos, representantes genuinos de los cristales i\u00f3nicos, y se establecen relaciones entre sus propiedades b\u00e1sicas y la elf, permitiendo ahondar en resultados experimentales intrigantes. Cabe destacar, por ejemplo, la capacidad de la topolog\u00eda del core para revelar la aplicabilidad de la teor\u00eda de m\u00e1xima repulsi\u00f3n entre pares de electrones del modelo vsepr a los electrones de core, y su reformulaci\u00f3n por tanto como epr. Adem\u00e1s, la posici\u00f3n del m\u00e1ximo de la capa externa de los aniones proporciona una medida del radio del homo del cristal, demostrando la relevancia de la elf en la determinaci\u00f3n de las propiedades (dureza, electronegatividad) del s\u00f3lido a trav\u00e9s de la formulaci\u00f3n en t\u00e9rminos de orbitales frontera de la dft. El an\u00e1lisis del enlace i\u00f3nico se aborda tambi\u00e9n en la complicada estructura del cate2o5, donde la localizaci\u00f3n de los pares solitarios facilitada por la elf permite explicar una nueva estructura detectada experimentalmente.   por otra parte, el estudio del enlace en las fases de alta presi\u00f3n del o2 abre la puerta a una descripci\u00f3n de la superconductividad en el espacio real en concordancia con la teor\u00eda de pares de cooper y al an\u00e1lisis de la superconductividad en el espacio rec\u00edproco. Albergamos la esperanza de que este estudio pueda contribuir a la comprensi\u00f3n de la superconductividad en el espacio real y permita dar un paso hacia la s\u00edntesis dirigida de materiales superconductores. El cap\u00edtulo finaliza con el an\u00e1lisis de la relaci\u00f3n de la dureza de s\u00f3lidos covalentes con la carga y la forma de su enlace. La relaci\u00f3n inicialmente propuesta dentro del marco del modelo de la carga del enlace entre la longitud del enlace, su carga y su energ\u00eda estaba afectada por aproximaciones muy burdas, como suponer que el enlace tiene una forma esf\u00e9rica ausente de polarizaci\u00f3n y asumir que su carga viene determinada perfectamente por la teor\u00eda de lewis. Sin embargo, el \u00e9xito de esta teor\u00eda a la hora de describir el comportamiento observado en los s\u00f3lidos covalentes es indudable. La capacidad de la elf para proporcionar longitudes y cargas de enlace rigurosas dota a esta teor\u00eda de un mayor significado f\u00edsico, proporcionando ajustes mucho m\u00e1s reales de las propiedades de dichos s\u00f3lidos.  la aplicaci\u00f3n del an\u00e1lisis topol\u00f3gico de la elf al estado s\u00f3lido  se ha extendido en el cap\u00edtulo seis al estudio de fen\u00f3menos din\u00e1micos. Con el objetivo de llevar a cabo el seguimiento de los cambios en el enlace qu\u00edmico a lo largo de transformaciones intra e interfase, se han realizado simulaciones de primeros principios de la termodin\u00e1mica y la cin\u00e9tica involucrada en las transformaciones de fase s\u00f3lido-s\u00f3lido inducidas por presi\u00f3n en sistemas cristalinos representativos de los enlaces i\u00f3nico, covalente, met\u00e1lico y molecular. El seguimiento de los mecanismos asociados a estas transformaciones informa de procesos de creaci\u00f3n y ruptura de enlaces. La reorganizaci\u00f3n electr\u00f3nica es especialmente susceptible de ser monitorizada mediante los cambios en la topolog\u00eda de la elf y su descripci\u00f3n matem\u00e1tica, al igual que en el entorno molecular, compete a la teor\u00eda de cat\u00e1strofes. Este enfoque ha permitido desentra\u00f1ar las caracter\u00edsticas qu\u00edmicas asociadas a diversas transiciones, empezando por la fuerza conductora de la pol\u00e9mica polimerizaci\u00f3n del co2 bajo presi\u00f3n. El enfoque proporcionado en el cap\u00edtulo tres sobre la formaci\u00f3n del enlace ha permitido caracterizar la controvertida naturaleza de las fases del co2, as\u00ed como analizar el cambio de la elf y su significado a lo largo de la secuencia polim\u00f3rfica de forma an\u00e1loga a una reacci\u00f3n molecular. El an\u00e1lisis de la transici\u00f3n b3->b1 del beo nos ha permitido establecer una medida adecuada de la polarizaci\u00f3n de los enlaces i\u00f3nicos y su evoluci\u00f3n, poniendo una vez m\u00e1s de manifiesto la utilidad de la elf en el estudio de materiales i\u00f3nicos. La transici\u00f3n cristobalita->estisovita del sio2 nos ilustra sobre el proceso de compactaci\u00f3n de las estructuras covalentes bajo presi\u00f3n y nos permite establecer tambi\u00e9n en este caso los cambios de polaridad asociados a la compresi\u00f3n. El an\u00e1lisis de la topolog\u00eda de ambos polimorfos nos muestra la distribuci\u00f3n espacial de los atractores del core externo: su disposici\u00f3n no responde a la maximizaci\u00f3n de distancia con respecto a un ligando, como se cre\u00eda hasta ahora, sino a todos ellos, como en los haluros alcalinos. El seguimiento de la elf a lo largo de dos caminos de simetr\u00edas diferentes en la importante transici\u00f3n zirc\u00f3n-reidita del zrsio4 es utilizado para contribuir en la identificaci\u00f3n del camino m\u00e1s favorable, aquel en el que el cambio topol\u00f3gico es menor. Finalmente, se muestra la habilidad de la elf para desvelar la localizaci\u00f3n axial que tiene lugar en el f\u00f3sforo asociada a la aparici\u00f3n de un pseudo-gap en la misma direcci\u00f3n cuando se forma la fase inconmensurable.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00ab<strong>Chemical bonding in crystalline solids. implementation and development of the topological analysis of elf in the solid state<\/strong>\u00ab<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Chemical bonding in crystalline solids. implementation and development of the topological analysis of elf in the solid state <\/li>\n<li><strong>Autor:<\/strong>\u00a0 Julia Contreras Garcia <\/li>\n<li><strong>Universidad:<\/strong>\u00a0 Oviedo<\/li>\n<li><strong>Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 19\/12\/2008<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>Director de la tesis<\/strong>\n<ul>\n<li>Jos\u00e9 Manuel Recio Mu\u00f1\u00edz<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong>Tribunal<\/strong>\n<ul>\n<li>Presidente del tribunal: bernard Silvi <\/li>\n<li>carlo edoardo Gatti (vocal)<\/li>\n<li>\u00e1ngel Mart\u00edn pend\u00e1s (vocal)<\/li>\n<li>rosa M\u00aa Llusar barelles (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Tesis doctoral de Julia Contreras Garcia La investigaci\u00f3n llevada a cabo durante el desarrollo de esta tesis doctoral incluye (i) 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