CoNTub

CoNTub es un proyecto de software escrito en Java que se ejecuta en los sistemas operativos Windows , Mac OS X , Linux y Unix a través de cualquier navegador web compatible con Java. Es la primera implementación de un algoritmo para generar estructuras 3D de conexiones arbitrarias de nanotubos de carbono mediante la colocación de anillos no hexagonales (pentagonales o heptagonales), también conocidos como defectos o disclinaciones.

El software es un conjunto de herramientas dedicadas a la construcción de estructuras complejas de nanotubos de carbono para su uso en química computacional . CoNTub 1.0 ^[1] fue la primera implementación para construir estas estructuras complejas e incluía heterouniones de nanotubos, mientras que CoNTub 2.0 ^[2] se centra principalmente en uniones de tres nanotubos. Su objetivo es ayudar en el diseño e investigación de nuevos dispositivos basados en nanotubos. CoNTub se basa en el álgebra de tiras y es capaz de encontrar la estructura única para conectar dos nanotubos de carbono específicos y arbitrarios, así como muchas de las posibles uniones de tres tubos.

CoNTub genera la geometría de varios tipos de uniones de nanotubos, es decir, heterouniones de nanotubos y uniones de tres nanotubos, incluyendo también nanotubos de pared simple (SWNT) y nanotubos de pared múltiple (MWNT).

Aunque la versión actual de CoNTub es la v2.0, esta no reemplaza a la v1.0, ya que la v2.0 está dedicada actualmente solo a uniones de tres nanotubos, si bien está previsto incorporar la funcionalidad de la v1.0 a la v2.0. Las heterouniones de nanotubos solo se pueden generar con la v1.0.

CoNTub v1.0 está organizado en cinco paneles con pestañas CoNTub ^[1] , los tres primeros están dedicados a la generación de la estructura, el cuarto a la salida en formato PDB y el quinto contiene una breve sección de ayuda.

CoNTub v2.0 ha experimentado un rediseño importante: se han eliminado los paneles y, en su lugar, se ha añadido una barra de menú convencional donde se puede elegir el tipo de estructura que se va a generar. Aunque la opción para generar heterouniones aparece en el menú, el botón está deshabilitado, por lo que las NTHJ solo se pueden generar con la versión 1.0.

Características

visor molecular 3D
Generación de la estructura de heterouniones de nanotubos de carbono a partir de los índices (i,j) y la longitud (l) de los dos nanotubos.
Generación de la estructura de nanotubos de pared simple (SWNT) a partir de los índices (i,j) y la longitud (l).
Generación de la estructura de uniones simétricas de tres nanotubos (TNJ) seleccionadas de una lista de posibilidades, dados los índices de los nanotubos unidos.
Representación gráfica de la estructura de bandas electrónicas y la densidad de estados (DOS) para nanotubos de pared simple (SWNT).
Generación de la estructura de nanotubos de paredes múltiples a partir de los índices (i,j) y la longitud (l), el número de capas (N) y el espaciado (S).
Generar las coordenadas xyz de las estructuras en formato de archivo (PDB).

Generación de nanotubos

Para generar un SWNT, solo es necesario introducir los índices del tubo, su longitud deseada ( Angstrom ) y el tipo de átomo para la terminación de los enlaces colgantes. ConTub muestra el nanotubo resultante, así como su estructura de bandas electrónicas y densidad de estados (DOS), siguiendo un modelo de enlace fuerte . ^{[ 3 ]}

Los MWNT (tubos múltiples con el mismo eje y longitud) se crean proporcionando los índices del tubo más interno (i,j), la longitud deseada (l), el número de capas (N) y la distancia aproximada entre capas o espaciado (S) en Angstrom . El valor predeterminado para el espaciado corresponde a la distancia estándar entre capas en el grafito cristalino (3,4 Å). ConTub selecciona automáticamente los índices de los tubos restantes, intentando ajustar el espaciado entre capas, y procura utilizar tubos con la misma quiralidad que el nanotubo interno.

Generación de heterouniones

Este es el núcleo del programa CoNTub ^[1] . Se implementó el álgebra de franjas ^{[ 4 ]} , que permite unir dos nanotubos de carbono perfectos, independientemente de su geometría, radio o quiralidad , con la geometría más simple posible, es decir, con el menor número de anillos no hexagonales (un pentágono y un heptágono ), también llamados defectos o disclinaciones . Siempre existe una conexión posible entre dos tubos y el álgebra de franjas asegura que la solución sea única y dependa solo de los índices (i,j) de ambos tubos.

C ₃ Generación de unión simétrica de tres nanotubos

En la segunda versión de CoNTub se ha publicado una implementación adicional del Álgebra de Franjas, con el fin de dilucidar la ubicación precisa de los átomos y anillos que dan lugar a la unión de tres nanotubos.

La conexión entre tres nanotubos requiere, como mínimo, la presencia de seis heptágonos, en lugar del pentágono y el heptágono únicos necesarios para una heterounión. En este caso, el conjunto de ecuaciones que rigen la geometría tiene más variables que resolver que restricciones, por lo que las geometrías posibles constituyen un conjunto infinito. El procedimiento detallado para la construcción del nanotubo también ha sido publicado.

Imponer restricciones adicionales a la geometría puede facilitar la búsqueda de geometrías viables, y esto es lo que se aplica en la versión actual de CoNTub: al forzar que los tubos conectados sean del mismo tipo y forzar una simetría C3 adicional _, se puede encontrar una forma automatizada de construir la geometría. Sin embargo, incluso con estas restricciones, las posibilidades siguen siendo infinitas. Por lo tanto, se tuvo que desarrollar una forma de estimar la viabilidad de la unión, incluso antes de construirla. Dado que los anillos no hexagonales

Galería de imágenes

CoNTub v1.0 - Panel de visualización 3D (zoom).
CoNTub v1.0 - Panel de visualización 3D (modos de recorte y de bola y palo).
Panel HETEROJUNTION de CoNTub v1.0.
Panel HETEROJUNTION de CoNTub v1.0.
Panel SWNT de CoNTub v1.0.
Panel SWNT de CoNTub v1.0.
Panel CoNTub v1.0 MWNT.
Panel de salida de CoNTub v1.0.

Véase también

Referencias

↑ Melchor, S.; Dobado, JA (2004). "CoNTub: Un algoritmo para conectar dos nanotubos de carbono arbitrarios". J. Chem. Inf. Comput. Sci . 44 (5): 1639– 1646. doi : 10.1021/ci049857w . PMID 15446821 .
↑ Melchor, S.; Martin-Martinez, FJ; Dobado, JA (2011). "CoNTub v2.0 - Algoritmos para la construcción de modelos simétricos C3 de uniones de tres nanotubos". J. Chem. Inf. Model . 51 (6): 1492– 1505. doi : 10.1021/ci200056p . PMID 21568270 .
↑ Savinskii, SS; Khokhriakov, NV Características de los estados de electrones pi de los nanotubos de carbono. J. Exp. Theor. Phys. 1997, 84, 1131-1137.
↑ Melchor, S.; Khokhriakov, NV; Savinskii, SS (1999). "Geometría de cúmulos de carbono multitubulares y transmisión electrónica en contactos de nanotubos". Ingeniería molecular . 8 (4): 315– 344. doi : 10.1023/A:1008342925348 . S2CID 92241729 .

[1] Melchor, S.; Dobado, JA (2004). "CoNTub: Un algoritmo para conectar dos nanotubos de carbono arbitrarios". J. Chem. Inf. Comput. Sci . 44 (5): 1639– 1646. doi : 10.1021/ci049857w . PMID 15446821 .

[2] Melchor, S.; Martin-Martinez, FJ; Dobado, JA (2011). "CoNTub v2.0 - Algoritmos para la construcción de modelos simétricos C3 de uniones de tres nanotubos". J. Chem. Inf. Model . 51 (6): 1492– 1505. doi : 10.1021/ci200056p . PMID 21568270 .

[3] Savinskii, SS; Khokhriakov, NV Características de los estados de electrones pi de los nanotubos de carbono. J. Exp. Theor. Phys. 1997, 84, 1131-1137.

[4] Melchor, S.; Khokhriakov, NV; Savinskii, SS (1999). "Geometría de cúmulos de carbono multitubulares y transmisión electrónica en contactos de nanotubos". Ingeniería molecular . 8 (4): 315– 344. doi : 10.1023/A:1008342925348 . S2CID 92241729 .

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