Publicació de la Dra. E. Bartolomé a JACS: origen de l’espí S=9 en l’anell molecular Cr10

La Dra. Elena Bartolomé acaba de publicar l’article titulat “Origin of the unusual ground-state spin S=9 in a Cr10 single-molecule magnet” al Journal of the American Chemistry Society (JACS), una de les revistes més prestigioses en l’àrea de Química amb un índex d’impacte IF-16.38.

Aquest treball ha estat possible gràcies a una llarga i fructífera col·laboració multidisciplinària entre científics nacionals i internacionals: en Dr. J. Rubín, Dr. A. Arauzo, Dr. F. Bartolomé i Prof. J. Bartolomé de la Universidad de Zaragoza-Instituto de Ciencia y Nanomateriales de Aragón (INMA-CSIC); en Dr. J. Luzón, del CUD-Zaragoza; en Dr. F. Sedona, Dr. M. Rancan i Prof. L. Armelao, de la Universitat de Pàdua, i la Dra. E. Garlatti de la Universitat de Parma (Itàlia); la Dra. T. Guidi del ISIS labortory (UK); els Drs. F.Wilhelm i Dr. A. Rogalev del sincrotró ESRF de Grenoble; el Dr. A. Amann i Dr. S. Spagna de l’empresa Quantum Design.

Les rodes moleculars magnètiques són una subclasse d’imants moleculars molt interessants per les seves  propietats magnètiques intrínseques, com a sistemes de referència per la recerca de fenòmens quàntics macroscòpics coherents, i per la seva potencial aplicació en el processament d’informació quàntica. A més, la geometria plana i alta simetria de les molècules cícliques les fa atractives per al dipòsit sobre substrats, un pas crític en el camí cap a la fabricació de dispositius.

La roda molecular [Cr10(OMe)20(O2CCMe3)10], abreujada {Cr10}, és un cas rar entre les rodes basades en un nombre parell de metalls 3d, que solen presentar un estat fonamental antiferromagnètic (AF) (S = 0), ja que presenta un espí intermedi completament inusual (S = 9) i una  anisotropia no negligible, D/kB = -0.045 (2) K.

En aquest treball, s’ha aconseguit desvelar l’origen de l’espí S=9 en el {Cr10} que prové dels detalls més fins de l’estructura química de la roda, que donen lloc a una estructura d’interaccions d’intercanvi molt poc comuna. La resolució d’aquest problema ha estat possible gràcies a un estudi molt detallat de les propietats magnètiques de la roda, combinant diferents tècniques experimentals (magnetometria del monocristall, capacitat calorífica, dispersió de neutrons inelastics, XANES i XMCD, susceptibilitat ac fins a molt baixa temperatura de 0,1K) amb amplis càlculs numèrics de diferents tipus (ab initio, DFT, càlculs de Monte Carlo).

Les mesures de magnetometria angular realitzades en monocristall van confirmar el comportament anisòtrop axial del {Cr10}, (Figura 2, esquerra). Per a mostres en pols, la corba de χT(T) va demostrar un comportament general de l’anell ferromagnètic (FM) fins a T=1.8 K però, en canvi, la corba de magnetització M(H) no saturà als 30 μB/fu esperats per deu ions Cr3+ d’espí Si=3/2 espín acoblats FM, sinó a un valor molt inferior, corresponent a un espí total S=9 (Figura 2, dreta).

Figura 2. Esquerra: Dependència angular de la magnetització del monocristall (SC) del {Cr10}; Dreta: Mesures de magnetometria dc, (a) dependència amb el camp de la magnetització, M(H), a T = 1.8 K per una mostra en pols i SC, mesurat amb el camp magnètic aplicat paral·lel (EA), perpendicular (HA) a l’eix de fàcil imanació, i a un angle intermedi; (b) dependència amb la temperatura del producte de la susceptibilitat-per-T, χT(T) per a les mateixes mostres.

Aquests resultats es van poder racionalitzar utilitzant un model magnètic, que inclou l’anisotropia del clúster, en què la roda {Cr10} està formada per dues semirodes, cadascuna amb quatre spins Cr3+ acoblats FM (JFM/kB = 2.0 K), separats per dos ions Cr3+  acoblats AF asimètricament (J23/kB = J78/kB = -2,0 K; J34/kB = J89/kB = -0,25 K), Figura 3.

Figura 3. Model magnètic per al {Cr10}: (a) esquema d’acoblament i (b−e) corbes magnètiques calculades amb un model Monte Carlo clàssic al llarg de l’eix fàcil (EA, blau) I difícil (HA, vermell), i amb Monte Carlo quàntic tan sols al llarg de la direcció EA (verd), amb els paràmetres d’acoblament JFM/kB= 2.0 K, J23/kB = −2.0 K, J34/kB = −0.25 K, Di/kB = −0.31 K.

Aquest model d’acoblament tan singular sorgeix de l’asimetria en les interaccions que es produeix a causa de petites distorsions en els angles dels ponts alcoxi Cr−O−Cr que acoblen els ions Cr3+, tal com demostren els càlculs ab initio i DFT, mentre que l’anisotropia total del clúster es pot correlacionar amb les anisotropies individuals calculades per cadascun dels ions Cr3+ de la roda, Figura 4.

Figura 4. (a) – (b) Eixos de fàcil imantació (EAM) calculats per ab initio per al {Cr10} ring; (c) Correlació entre els angles dels ponts alkoxi Cr−O−Cr I les constants acoblaments Jij calculades per DFT entre ions Cri-Crj consecutius de la roda.
 

Les mesures d’Inelastica Neutron Scattering (INS) van permetre confirmar el model d’acoblament proposat, que dona lloc a un estat fonamental amb espí total S = 9 I un primer estat excitat S = 8 (Figura 5, esquerra).

Finalment, mitjançant mesures de susceptibilitat ac fins a 0.1 K es va comprovar que el {Cr10} es comporta com a imant molecular, amb una energia d’activació de U/kB = 4,0 (5) K en absència de camp aplicat (Figura 5, dreta).

Figura 5. Esquerra: Spectre d’Inelastic Neutron Scattering (INS) del {Cr10}, mesurat a  T = 1.8 i 5.0 K; i nivells d’energia calculats amb el model d’acoblament proposat. Dreta: Components real i imaginària de la susceptibilitat ac, i dependència del temps de relaxació amb la inversa de la temperatura.

Publicació a la revista AUTOMATICA and INFORMATICS

El professor Dr. Jordi Cruz acaba de publicar un article a la revista AUTOMATICA and INFORMATICS, titulat “A Comparative Evaluation of the Predictive Ability of PLS and RBF ANN Calibration Techniques Applied to SW-NIR Meat Data”. Aquest treball ha estat fruit de la investigació d’en Jordi amb els Químics de la Bulgarian Academy of Sciences.

En aquest estudi s’han comparat els mètodes quimiomètrics lineals i no lineals. Els espectres de transmitància de mostres de carn de porc es van registrar mitjançant Short Wave-Near Infrared Spectroscopy (SW-NIR) (850 nm-1.050 nm).

S’han seleccionat el Partial Least Squares Regresion (PLSR) i Radial Basis Functions Neural Networks (RBF NN) per tal de determinar el contingut d’humitat i greix.

La raó per utilitzar RBF ANN és ​​la no linealitat significativa que s’exhibeix entre els espectres i el contingut de greix i humitat.

Figura 1. Els espectres NIR i els espectres preprocessats: MSC, SNV i D1+SNV del conjunt de dades de calibratge.

S’han combinat PLSR i RBF NN amb arquitectura diferent amb diferents tècniques de pretractaments de dades com la Primera Derivada (D1), Standard Normal Variate (SNV), Multiplicative Signal Correction (MSC) i les combinacions de MSC i SNV amb primera derivada. 

Els pretractaments òptims per humitat han estat MSC per a la humitat, i la combinació de D1 i SNV per al greix.

Per PLSR, els valors RMSEP  utilitzant MSC amb un 2,3% (PLSR) i un 1,3% (NN) per a la determinació de la humitat.

Figura 2. Gràfic predit versus nominal per a la determinació òptima d’humitat PLS (MSC). Gràfic predit versus nominal per a la determinació òptima d’humitat RBF ANN (MSC). EJCR i gràfic de residuals per a dos models.

En el cas de la determinació del greix PLSR emprant la combinació de SNV i D1, es va obtenir uns valors de RMSEP  de 1,7% (PLSR) i un 0,7% (NN).

Els valors d’error de predicció per a xarxes neuronals són millors que pels obtinguts amb PLSR, però l’aplicació d’aquests mètodes és costosa i la millora predictiva respecte els mètodes PLSR no és significativa per apostar per un canvi a mètodes no lineals. 

Figura 3. Gràfic predit versus nominal per a la determinació òptima de greix PLS (D1+ SNV). Gràfic predit versus nominal per a la determinació òptima de greix  RBF ANN (D1+ SNV). EJCR i gràfic de residuals per a dos models.

Aquests resultats de predicció fan el PLSR i l’espectroscòpia SW-NIR idònies a implementar en el control de la qualitat en la indústria càrnica.

Publicació a la revista Energy Science & Engineering: anàlisi de l’ús d’energia del tràfic transitori

El professor de l’EUSS, Dr. Ulises Diego-Ayala acaba de publicar un article de recerca a la revista Energy Science & Engineering titulat “Transient traffic energy‐use analysis employing video‐tracking and microscopic modeling techniques: A case study using electric and combustion engine vehicles”. Aquest treball ha estat una col·laboració de l’EUSS amb l’Instituto de Ciencias de la Atmósfera y Cambio Climático i la Facultat d’ Arquitectura de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

En aquest treball es proposa un mètode per determinar l’ús d’energia i les emissions en trànsit transitori dels vehicles. Funciona a una escala de temps microscòpica d’1 segon, capturant dinàmiques crítiques de “parada i arrancada” del vehicle en un entorn computacional controlat i repetible. Això permet la definició d’una funció de sensibilitat que vincula l’ús d’energia amb el flux de trànsit, proporcionant un paràmetre de comparació addicional. Per obtenir les dades dinàmiques, crucials per a la implementació i validació del modelatge de trànsit transitori, s’utilitza una tècnica de seguiment de vídeo per superar les deficiències de les dades del velocímetre i del GPS. Aquest enfocament permet observar i reproduir l’escena de trànsit.

Una vegada que el sistema conté dinàmiques precises, es pot implementar per a escenaris de trànsit com ara interseccions, zones escolars o futurs projectes de carreteres. Qualsevol tecnologia vehicular simulada es pot incorporar a l’anàlisi. Es va implementar un estudi de cas utilitzant 1.000 vehicles elèctrics i amb motor de combustió que interactuaven amb camions, autobusos i motocicletes, mentre es monitoraven sistemes de vehicles individuals. Aquests inclouen el tren de propulsió i la frenada regenerativa per aconseguir l’ús d’energia i les emissions. Els vehicles elèctrics no només van ser més eficients, sinó també menys sensibles a l’acumulació de trànsit que els motors de combustió.

Les tècniques que es presenten en aquest article presten al disseny i avaluació tecnològics i permeten provar sistemes de vehicles reals per a la planificació energètica i de trànsit sostenible.

(A) Fluxe d’informació proposada i (B) procés de validació del model de tràfic microscòpic basat en agents.

Article d’opinió del professor Arash Arjomandi

Arash Arjomandi filòsof i professor d’ètica empresarial de l’EUSS, va publicar en el dia de Sant Jordi un article al diari econòmic “Expansión” sobre per què el capital moral que ha de generar tota empresa, és una necessitat de la seva activitat productiva i no només un ideal ètic.

Article d’opinió del professor Arash Arjomandi

Arash Arjomandi filòsof i professor d’ètica empresarial de l’EUSS, ha publicat un article d’opinió al diari, El País on ens parla de la pel·lícula Stalker, una obra mestra del setè art.

El seu director, Andrei Tarkovski, es va haver d’exiliar de Rússia per falta de llibertat i ara les seves pel·lícules estan sent prohibides a molts llocs del món per culpa de les atrocitats que està cometent el govern d’aquell país.

La misteriosa Zona on, a la pel·lícula, es materialitzen els desitjos de totes les persones que no han perdut la fe és, curiosament, un lloc damnificat per la guerra.
Us convidem a llegir l’article.