A dos años de la instalación de este equipo de supercómputo en la Universidad Autónoma de Puebla (UAP) se ha podido conjugar de manera multidisciplinaria el trabajo de programadores computacionales, investigadores en ciencia aplicada y especialistas puramente teóricos. A partir de ello se ha logrado alcanzar una variedad de objetivos de entre los que resalta la preparación de cuadros de enseñanza a nivel licenciatura en temas de vanguardia experimental–teórica en química. Ejemplo de ello es la impartición del curso–taller “Introducción a las herramientas computacionales para el estudio de las ciencias” donde jóvenes tesistas desarrollaron cálculos teórico–experimentales a partir del uso de soluciones de punta con cómputo de alto rendimiento. De entre las aplicaciones estudiadas se abordó lo relacionado a la conexión remota a este tipo de equipos, el análisis de sistemas de colas, shells y lo necesario para resolver problemas científicos que requieren las capacidades de este tipo de equipos. El curso que dio inicio el 1 de septiembre del presente año y que correrá hasta el término del mes de noviembre ha contado entre sus profesores a especialistas de diferentes áreas del conocimiento como lo son el doctor César Díaz Torrejón, el doctor Perumal Venkatesan, el doctor José Luis Ricardo Chávez, así como el ingeniero en computación Fernando Robles M.
En cuanto a las aplicaciones específicas del Laboratorio Nacional de Supercómputo del Sureste (LNS) he encontrado en los alcances del equipo una variedad de soluciones. De entre ellas se cuenta la posibilidad de realizar estudios supramoleculares de materiales polimorfos, atendiendo sus propiedades ópticas. Esto se logra con la aplicación del software “Shrödinger” que asiste al estudio y diseño de este tipo de nuevos materiales desde la perspectiva orgánicaelectrónica. Los materiales optoelectrónicos orgánicos actualmente están en desarrollo, pero que la utilización del súper–cómputo en manos de colegas adscritos al laboratorio, como lo es el doctor Enrique Pérez Gutiérrez, permitirán en el mediano plazo complementar o remplazar las aplicaciones de los diodos orgánicos emisores de luz, mejor conocidos como OLEDs, así como las celdas fotovoltaicas orgánicas (OPV). “Este tipo de materiales se diseñan de acuerdo a propiedades fisicoquímicas de tal forma que en estado sólido presenten una capacidad eficiente de transporte de carga de energía y manteniendo su estabilidad termofísica, pero al ser simulados con el supercómputo a escala atómica es posible utilizar técnicas de química cuántica, dinámica molecular y de modelos cuantitativos de relación estructurapropiedad (QSPR). De esta forma se puede tener una comprensión amplia y crítica para identificar las soluciones más prometedoras para el desarrollo experimental y en consecuencia hacer una correlación experimental–teórica sobre la selección o diseño de materiales para optimizar las aplicaciones”.
El equipo de trabajo de polímeros se enfoca a realizar cálculos computacionales y simulaciones de alto rendimiento a escala atómica de fenómenos de frontera en la ciencia como lo es el de emisión inducida por agregación (AIE), entendido como un fenómeno con una gran repercusión en el análisis de materiales, optimización y efecto en biosensores, OLEDs, OPV, etcétera.
Las capacidades del hardware del supercómputo se verían minimizadas en la ausencia de desarrollos de software igualmente robustos, de ahí que la instalación de la solución Shrödinger viene a validar experimentalmente los cálculos y demás análisis que desde la optoelectrónica son requeridos para el desarrollo de nuevos materiales. De esta manera Shrödinger se suma a otras soluciones de software empleadas por nuestro equipo de polímeros, como lo es IQuantum, entre otras simulaciones clásicas que sirven para modelar los aspectos espectrales y morfológicas de los materiales AIE.
“El proyecto surge de la exigencia de resolver diferentes propiedades de materiales novedosos sintetizados en el laboratorio de polímeros del centro de química ICUAP, ya que muchas de sus propiedades en fase condensada no se pueden calcular, o mejor dicho, no se puede obtener ninguna información aproximada a la experimental con los métodos computacionales tradicionales”.
Los sistemas polimórficos están basados sobre los arreglos de empaquetamiento tridimensional de la misma molécula en estado sólido resultado de diferentes interacciones entre moléculas usualmente inducidas por la cristalización. Por lo que es deseable o necesario analizar las condiciones de cristalización tomando en cuenta factores que afectan el comportamiento de la cristalización de un polimórfico. Específicamente se requiere de un análisis de superficie Hirshfeld es una técnica poderosa para visualizar, explorar, analizar y cuantificar diversas interacciones intermoleculares dentro de una estructura de cristal con el uso de código de color descomponiendo dos partes de huellas dactilares dimensionales. La superficie Hirshfeld (HS) se genera utilizando Crystal Explorador. En pocas palabras, el HS está construido para una molécula en el entorno de cristal mapeado con diferentes propiedades, tales como (distancia desde el HS al átomo más cercano fuera de la superficie) de, di (distancia desde el HS al átomo más cercano dentro de la superficie), Dnorm (distancia de contacto normalizado), el índice de forma para analizar diversas interacciones intermoleculares. En general, los contactos con distancias iguales a la suma de las de Van der Waals se indican en color blanco y los contactos con distancias más cortas que y más largos que los radios de Van der Waals se representan en rojo y azul respectivamente. Las energías de red de las estructuras cristalinas y las interacciones intermoleculares son cuantificadas por el método Pixel, que se ocupa de la energía dividida en dispersión, columbica, la repulsión y la polarización para cada par de moléculas que están interconectados por diversas interacciones intermoleculares.
De esta forma es posible identificar que en este proyecto se está estudiando el polimorfismo y las propiedades ópticas de diferentes compuestos semiconductores orgánicos, utilizando diversos programas de computación, tales como Gaussain09 y el ya mencionado Schrödinger.
Al equipo de polímeros se ha sumado el doctor Venkatesan Perumal, posdoctorante en la UAP proveniente de la India, así como los Doctores Subbian Thamotharan, Senior assistant Porfessor, de la escuela de química y biotecnología de Sastra University en Thanjavur India y el doctor Ganga Periyasamy UGC–Assistant Professor del departamento de química del Central College Campus la Universidad Bangalore en Karnataka, India. El principal resultado del proyecto es la formación de cuadros en el uso de nuevas herramientas para el diseño de nuevos materiales y en problemas de frontera de la ciencia.