Category Archives: Recerca

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

Posted on by

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.

Participació en el European Congress on Molecular Magnets (ECMM)

Posted on by

La Dra. Elena Bartolomé va assistir al 8è Congrés Europeu sobre Magnetisme Molecular (ECMM) celebrat en el convent dels Jacobins a Rennes (França), durant la primera setmana de juliol. Aquest congrés havia estat ajornat un any a causa de la pandèmia.

L’Elena va presentar un pòster sobre l’estudi del “Magnetisme d’un compost de coordinació molecular 8RE-CP” capaç de coordinar fins a 8 ions de terres rares diferents, realitzat en col·laboració amb el Dr. J.Giner de l’ICMAB.

Congrés ECMM celebrat a Rennes (França). Pòster presentat per la Dra. E. Bartolomé (EUSS) sobre el “Magnetisme d’un compost de coordinació de 8 terres rares”.

A més, es van presentar dos treballs sobre “Materials 2D magnètics i luminescents: des de la química de superfície fins a la síntesi de multigrams” i un pòster sobre la “Funcionalització de superfícies amb complexos Schiff-base luminescents i magnètics”, en col·laboració amb la Dra. C. Sañudo i en G. Gabarró, de la Universitat de Barcelona.

Contribucions als treballs “Materials 2D magnètics i luminescents”, presentat per la Dra. C. Sañudo, i “Funcionalització de superfícies amb complexos Schiff-base magnètics i luminescents”, presentat per en Guillem Gabarró (UB).

Publicació a la revista AUTOMATICA and INFORMATICS

Posted on by

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.

Assistència al congrés International Association for Spectral Imaging IASIM 2022

Posted on by

El professor de l’EUSS Dr. Jordi Cruz va assistir al congrés International Association for Spectral Imaging (IASIM) 2022 que es va celebrar del 3 al 6 de juliol de 2022 a Esbjerg (Dinamarca), sent un dels congressos més prestigiosos que es realitzen en el camp de la Imatge hipersespectral.

Pòster presentat.

El professor va presentar un pòster titulat “Counterfeit detection in turmeric powder samples by using hyperspectral Raman Spectroscopy”.

En el pòster s’estudia com detectar falsificacions i adulteracions en mostres d’un fitoproducte com la cúrcuma mitjançant la imatge hipersespectral que no només ens donarà informació quantitativa sobre la mostra, sinó que també ens dóna informació sobre la distribució espacial dels curcuminoides dins de les mostres. 

Façana de l’Aalborg University (Campus d’Esbjerg).

Va visitar el campus d’Esbjerg de l’Aalborg University i es va reunir amb el professor Sergey Kucheraski per parlar de futures col·laboracions entre les titulacions d’Enginyeria en Energies Renovables i Eficiència Energètica de l’EUSS i l’Enginyeria d’Energies Renovables a Esbjerg.

Interior de la facultat de Bioenginyeria, Enginyeria Química i Enginyeria d’Energies Renovables.

“Dimecres de la Ciència”: REIs en TIC i Química a l’EUSS

Posted on by

Avui dimecres 11 de maig s’ha celebrat el darrer “Dimecres de la Ciència” del curs 2021-2022, dedicat a l’Àrea de la Recerca en Educació.

En el DC es van presentar dos treballs de recerca sobre REIs (Recorreguts d’Ensenyament i Investigació) implementats a l’EUSS.

D’una banda, el Dr. Andreu Moreno va fer una presentació sobre el treball REIs per a la millora de l’aprenentatge basat en la cerca a Internet: cas del TIC en Enginyeria”, desenvolupat juntament amb la Dra. Elena Bartolomé, i recentment publicat a Education Sciences, 11, 772 (2021). En aquest cas es va dissenyar un REI específic per a l’assignatura de Tecnologies de la Informació i la Comunicació (TIC). Les sessions REI van substituir algunes de les classes magistrals de teoria, i van girar al voltant de preguntes generatrius com ara: “Què és un “tallafocs”?”, “Quines són les principals característiques del 5G?”, etc.

L’anàlisi de sis cursos realitzats a l’EUSS entre 2015/16–2020/21 van  mostrar que el REI és una eina enriquidora per a l’aprenentatge de la part teòrica de TIC: el contingut s’expandeix més enllà de la del curs tradicional i es manté actualitzat. L’alumnat es mostrà compromès i motivat per l’activitat de cerca activa. A més, el REI ajuda a millorar les seves habilitats per cercar i seleccionar informació a Internet. Els Q–A maps van servir a l’alumnat per estructurar la recerca a Internet, i al professorat per fer el seguiment del procés d’estudi de l’aprenentatge.

D’altra banda, el Dr. Miquel Àngel Amer i el Dr. Carles Luque varen oferir una presentació sobre “REI per a l’aprenentatge de la Química general: anàlisi de la qualitat de l’aigua d’aixeta”, realitzat en col·laboració de la Dra. Bartolomé, i que també ha estat publicat fa molt poc a la revista Journal of Chemistry Education, 10.1021/acs.jchemed.1c00971, (2022). En aquest cas, es va investigar l’ús de la metodologia REI per a l’aprenentatge de la Química, una assignatura que sovint es troba al pla d’estudis de primer any de moltes titulacions tècniques. EL REI dissenyat i implementat a l’assignatura de Química a l’EUSS, al voltant de la qualitat de l’aigua de boca, va portar a l’alumnat a familiaritzar-se amb els estàndards i aprendre diferents tècniques d’anàlisis químiques per determinar els paràmetres de qualitat de l’aigua (com ara la duresa, el pH, el residu sec, la concentració de sulfats i clorurs).

Els resultats d’ aquesta primera edició del REI en Química mostren que aquesta metodologia va ser molt enriquidora per a l’aprenentatge de l’assignatura, amb una ampliació de resultats dels recursos d’aprenentatge respecte al curs tradicional. El disseny específic del REI va ajudar a superar els problemes didàctics identificats en l’organització anterior, mitjançant la integració dels continguts teòrics i experimentals, millorant les competències de treball en laboratori de l’alumnat. El REI va donar-li un “sentit” al curs, augmentant així la motivació de l’alumnat.

Tant l’alumnat com el professorat es van adaptar fàcilment al nou format d’instrucció. Els resultats d’aquest treball obren noves oportunitats per a l’aplicació dels REIs en altres cursos de Química.

En acabar el “Dimecres de la Ciència, es va celebrar la darrera Reunió del Grup de Recerca del curs 2021-2022.