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Convidados externos:

  • Constantino Tsallis (CBPF)
Constantes Universais da Física Contemporânea e Entropias Não Aditivas
  • Fernando Lázaro Freire Júnior (PUC-RJ)
Síntese, caracterização e aplicações de Materiais 2D: pesquisa na PUC-Rio
  • Jenaina Ribeiro Soares (UFLA)
Síntese e caracterização vibracional de nanomateriais bidimensionais além-grafeno
  • José Abdalla Helayël-Neto (CBPF)
Os 90 anos da Equação de Dirac e suas consequências na Física contemporânea
  • Luca Moriconi (UFRJ)
Magnetohidrodinâmica Turbulenta de Eletrólitos Confinados
  • Marcos Pimenta (UFMG)
Os materiais bi-dimensionais, suas propriedades e aplicações
  • Mariana M. Odashima (UFU)
Transporte quântico através de funções de Green fora do equilíbrio
  • Paulo Murilo Castro de Oliveira (UFF)
Modelo investimento-taxação: investimento em grupos
  • Ronald Dickman (UFMG)
Termodinâmica e coexistência de fases longe de equilíbrio

Convidados internos:

  • Afrânio R. Pereira (UFV)
Deu um turbilhão na Pós-Graduação em Física da UFV
  • Clodoaldo I. L. de Araújo (UFV)
Skyrmions por efeito de proximidade em isolantes topológicos a temperatura ambiente
  • Joaquim B. S. Mendes (UFV)
Spintrônica baseada em materiais bidimensionais
  • Leandro G. Rizzi (UFV)
Nucleação de moléculas com interações anisotrópicas
  • Marcelo L. Martins (UFV)
Física Biológica: de Schrödinger ao Instituto Francis Crick
  • Olivier Piguet (UFV)
Existe, ou vai existir, uma teoria quântica da gravitação?
  • Sukarno O. Ferreira (UFV)
Crescimento e caracterização de filmes finos e nanoestruturas de CdTe e CdMnTe sobre Si(111)

Tutoriais:

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Introdução à teoria do funcional da densidade

Mariana M. Odashima (UFU)
Neste tutorial abordarei um dos principais métodos de estrutura eletrônica, a teoria do funcional da densidade (DFT). Desenvolvida na década de 60 por Walter Kohn e colaboradores, sua história tem início junto a métodos quânticos do final década de 20, como Hartree-Fock e Thomas-Fermi. Abordaremos esse percurso e apresentarei os pilares da teoria, seu teorema fundamental, e sua implementação via esquema de Kohn-Sham, laureados pelo prêmio Nobel de Química. Por fim, apresentarei a filosofia de construção dos funcionais mais utilizados, aproximação local (LDA), e contendo gradientes da densidade (GGA). O curso propõe uma perspectiva básica sobre as ideias do método e é recomendado a estudantes iniciantes na teoria de estrutura eletrônica, tanto da química quanto da física.

Pinças ópticas e aplicações

Márcio S. Rocha (UFV)
Neste tutorial faremos uma introdução à técnica experimental de pinças ópticas e suas aplicações nos diversos campos da ciência, em especial na Física, na Química e na Biologia. Serão discutidos os princípios básicos da técnica, a teoria (em nível introdutório) por trás dos equipamentos mais modernos, e os aspectos experimentais de montagem, calibração e execução de medidas com a técnica. Serão discutidas diversas aplicações nos campos da espectroscopia de força em moléculas únicas, no estudo de propriedades viscoelásticas de materiais e células vivas e também no campo da óptica de novos materiais. Finalmente, discutiremos as vantagens e desvantagens das pinças em relação a outras técnicas correlatas, como pinça magnética e microscopia de força atômica.

Novos cenários eletromagnéticos inspirados pela Física de Interações Fundamentais

José Abdalla Helayël-Neto (CBPF)
Diferentes fenômenos relacionados às Interações Fundamentais, à Astrofísica, à Matéria Condensada e à Matéria Nuclear vêm sendo o ponto de partida para a elaboração de modelos variados que têm como consequência a extensão das Equações de Maxwell. Neste tutorial, a proposta é fazer uma varredura desta ampla categoria de modelos eletromagnéticos estendidos (já há quase 50 deles catalogados) discutindo as suas particularidades e peculiaridades e mostrando como o fenômeno eletromagnético ainda nos traz muitos desafios.

Resumos dos palestrantes externos

Constantino Tsallis (CBPF)

Constantes Universais da Física Contemporânea e Entropias Não Aditivas

Na física contemporânea existem muitas constantes universais, mas quantas são independentes? Esta interessante questão motiva ricas controvérsias [ver, por exemplo, M.J. Duff, How fundamental are fundamental constants?, Contemporary Physics (2014)]. Argumentaremos a favor de quatro, por exemplo (G, c, h, k) [C. Tsallis, Introduction to Nonextensive Statistical Mechanics - Approaching a Complex World (Springer, New York, 2009)]. A seguir mostraremos como esta questão se entrelaça com a introdução em 1988 de entropias não aditivas, base da mecânica estatística não extensiva. Conceitos essenciais e recentes validações experimentais desta generalização da mecânica estatística de Boltzmann-Gibbs serão ilustrados. Uma extensa Bibliografia está disponível em

Fernando Lázaro Freire Júnior (PUC-RJ)

Síntese, caracterização e aplicações de Materiais 2D: pesquisa na PUC-Rio

Nesse seminário iremos apresentar os resultados obtidos nos últimos anos em nosso laboratório na PUC-Rio relativos ao estudo do grafeno e de TMDs. Inicialmente apresentaremos resultados referentes à síntese de grafeno por CVD em substratos isolantes (silica e filmes de SiO2) e semicondutores (Ge), bem como a incorporação de dopantes em grafeno CVD crescidos em substratos de cobre. As amostras foram caracterizadas por XPS, STM, MEV, microscopia ótica, AFM e Raman. Algumas aplicações como material absorvedor de radiação eletromagnética (Micro-ondas) e sensores de gás foram desenvolvidas a partir do aprimoramento da técnica de transferência do grafeno crescido em substratos de cobre para outros substratos. Resultados recentes da síntese deTMDs (MoS2 e WS2) e sua caracterização também serão apresentados.

Jenaina Ribeiro Soares (UFLA)

Síntese e caracterização vibracional de nanomateriais bidimensionais além-grafeno

A realização experimental do grafeno em 2004 foi o primeiro passo concreto para abrir possibilidades de exploração de várias outras famílias de nanomateriais bidimensionais (2D). Todo o conhecimento adquirido em síntese, caracterização, teoria, e aplicações vêm desde então sendo aplicados a outros materiais laminares, complementando as propriedades do grafeno, especialmente em sua deficiência de um band gap. Famílias de materiais laminares como os dicalcogenetos de metais de transição (MoS2 e WSe2, por exemplo), os alótropos de fósforo (fósforo “negro” e “azul”), e os monocalcogenetos IIIA (GaSe, InSe, etc) assumem novas estruturas quando esfoliados ao nível de poucas camadas, além de apresentarem band gaps diretos ou indiretos não observados anteriormente em seus precursores volumétricos (bulk). Estes band gaps cobrem toda a faixa visível, sendo customizáveis por mudanças no número de camadas, combinações em heteroestruturas, aplicação de strain, etc. A ampla variedade desses materiais laminares e as novas propriedades apresentadas quando em baixa dimensionalidade são a melhor perspectiva para escalar a tecnologia de semicondutores ao nível de camadas atômicas1,2.Neste trabalho, utilizamos análises de simetria e cálculos por primeiros princípios para predizer as respostas espectroscópicas no Raman e no Infravermelho para sistemas de diferentes dicalcogenetos de metais de transição, fósforo, e monocalcogenetos IIIA, analisando modificações estruturais quando o número de camadas é variado, a ordem de empilhamento é diferente, mediante a aplicação de strain (fosforeno), e também para modos de baixa frequência (GaSe). Serão ainda comentados os avanços em síntese desses materiais em nossos laboratórios, assim como possibilidades de colaboração. Os resultados apresentados aqui podem ser utilizados para um conjunto de mais de 50 materiais laminares que apresentam diferentes características elétricas, mecânicas, ópticas e térmicas, sendo aplicáveis em estudos analisando quebras de simetria3, 4, 5.
A autora agradece o apoio das agências de fomento CNPq (310813/2017-4), FAPEMIG (CEX-APQ-01865-17, TEC-AUC-00026-16, RED-00185-16, RED-00282-16), FINEP (02/2014 DMOL No. 0058/16 e NANO No. 0501/16, e 02/2016), Capes, à Pró-Reitoria de Pesquisa da UFLA, e também ao auxílio recebido pelo prêmio L'ORÉAL-UNESCO-ABC Para Mulheres na Ciência 2017.
1V. Tran et al. Phys. Rev. B, 89:235319, 2014. 2H. Fang et al. P. Natl. Acad. Sci. USA, 111(17):6198–6202, 2014. 3J. Ribeiro-Soares et al. Physical Review B 91.20 (2015): 205421. 4J. Ribeiro-Soares et al. Physical Review B 90.11 (2014): 115438. 5R. Longuinhos and J. Ribeiro-Soares. Physical Chemistry Chemical Physics 18.36 (2016): 25401-25408.

José Abdalla Helayël-Neto (CBPF)

Os 90 anos da Equação de Dirac e suas consequências na Física contemporânea

Nesta palestra, reviveremos a alvorada da Mecânica Quântica, no rico período entre a proposta do spin (1925), por Uhlenbeck e Goudsmit, e os trabalhos seminais de Heisenberg, Dirac, Schrödinger e Pauli, depois dos quais Dirac propõe a sua celebrada equação em dois trabalhos em Janeiro e Fevereiro de 1928. A partir daí, retornaremos aos anos da formulação da Eletrodinâmica Quântica em suas fases anos-30 e anos-50. Sempre como efeitos da Equação de Dirac, serão revividos os momentos iniciais do Modelo-Padrão, nos anos-60 e -70, e o aparecimento da Supersimetria, subjacente à Equação de Dirac. Mais recentemente, esta aparece também em aplicações a sistemas de Física da Matéria Condensada. Insistiremos no aspecto atemporal deste pilar de sustentação da Física contemporânea.

Luca Moriconi (UFRJ)

Magnetohidrodinâmica Turbulenta de Eletrólitos Confinados

Apresentaremos o PRIMATE (Pipe Rig for the Investigation of Magnetically Affected Turbulence in Electrolites) - futura instalação experimental do Núcleo Interdisciplinar de Dinâmica de Fluidos (NIDF) da COPPE/UFRJ, na qual serão realizados experimentos inaugurais no contexto da turbulência, para o estudo da dinâmica de estruturas vorticais em fluidos eletrolíticos submetidos à presença de campos magnéticos externos. A fim de mostrar a relevância do experimento para o entendimento do (extremamente indesejado) fenômeno da incrustação em escoamentos confinados, faremos diversas conexões com aspectos científicos fundamentais e metodológicos da dinâmica de fluidos (tanto consolidados como ainda em evolução), basilares para a implementação de aplicações inovadoras.

Marcos Pimenta (UFMG)

Os materiais bi-dimensionais, suas propriedades e aplicações

As experiências pioneiras realizadas com grafeno em 2004 abriram uma nova área de pesquisa na ciência, que é o estudo de materiais bidimensionais (2D) com espessura atômica. O comportamento dos elétrons nesses materiais depende não apenas da estrutura atômica e cristalina, mas também do número de camadas e da ordem de empilhamento entre as camadas. Por exemplo, a estrutura eletrônica do grafeno de duas camadas depende fortemente do ângulo de torção entre as camadas. Vários novos sistemas 2D também foram produzidos e estudados, incluindo uma forma de alótropos de fósforo chamado fósforo negro e os dicalcogenetos de metais de transição MX2. A compreensão das interações entre elétrons em heteroestruturas atomicamente finas é crucial para a engenharia de novos dispositivos 2D. Nesta apresentação, discutirei inicialmente as propriedades físicas dos materiais 2D. Mostrarei depois como a espectroscopia Raman fornece informações sobre elétrons, fônons e suas interações em materiais 2D. Por fim, apresentarei as tecnologias com nanotubos de carbono e grafeno que o Centro de Tecnologia em Nanomateriais (CTNano) da UFMG está desenvolvendo em parceria com empresas.

Mariana M. Odashima (UFU)

Transporte quântico através de funções de Green fora do equilíbrio

A física teórica de matéria condensada é um campo de pesquisa intenso e dinâmico. As metodologias quânticas desenvolvidas ao longo do século XX são constantemente desafiadas pela riqueza de fenômenos físicos que a matéria exibe, exigindo soluções cada vez mais ágeis, perspicazes e robustas. Nossos modelos partem desde a redução dos sistemas eletrônicos a sítios em cadeias até os cálculos de primeiros princípios, que ambicionam resolver a equação de Schrödinger em toda sua complexidade. Por se tratar de sistemas quânticos de muitos corpos, ferramentas teóricas como a teoria do funcional da densidade e a teoria de funções de Green são muito utilizadas. Nesta palestra pretendo dar uma visão geral do problema eletrônico estático e apresentar algumas aplicações das funções de Green para obter propriedades de transporte fora do equilíbrio.

Paulo Murilo Castro de Oliveira (UFF)

Modelo investimento-taxação: investimento em grupos

O modelo citado no título trata de uma população de N agentes, com duas etapas em cada passo de tempo (ano). Primeiro, como resultado de investimento, o patrimônio Wn de cada agente é multiplicado por um fator aleatório obtido de uma distribuição de probabilidades genérica mas fixa. Depois, no final de cada ano, cada agente paga imposto segundo um taxa que depende linearmente do seu patrimônio
Wn' = Wn (1 - A - p Wn/S),
onde S é a soma de todos os patrimônios. O parâmetro importante é o coeficiente angular p desta taxa: valores positivos correspondem à taxação progressiva (ricos pagam taxas maiores do que pobres), enquanto valores negativos de p correspondem à taxação regressiva (pobres pagam taxas maiores do que ricos), que é o caso de todas as economias atuais.
A fração do patrimônio total da população que corresponde ao agente n é wn = Wn/S. A lista dos N valores wn é sempre considerada em ordem decrescente, o atual agente mais rico corresponde a w1, o segundo mais rico a w2, etc. Esta lista varia no tempo mas se estabiliza em torno de uma distribuição de Zipf depois de um certo tempo transiente. Para determinar esta distribuição estabilizada final, mede-se o valor médio de cada wn durante um tempo extra adicional (depois do transiente). Repete-se o processo com diferentes realizações dos fatores aleatórios percorridos, e faz-se a média de ensemble das médias temporais.
O resultado final é uma transição dinâmica para um estado absorvente, com o patrimônio total da população nas mãos de um único agente, w1 = 1, e wn = 0 para todos os demais agentes, no caso da taxação regressiva, p < 0. A evolução da economia é extinta neste caso. Para taxação progressiva, p > 0, no entanto, a evolução dinâmica continua eternamente com a patrimônio total da população distribuído entre os N agentes, 1 > w1 > w2 > ... wn > 0.
Este modelo já foi estudado e seus resultados estão publicados em EPL, 119 (2017) 40007. Nesta primeira versão, os agentes são inteiramente independentes uns dos outros, nenhuma interação ou correlação entre eles existe.
A próxima pergunta se refere ao comportamento do mesmo sistema quando se introduz alguma correlação entre os agentes. Por exemplo, agentes colocados em uma rede de ligações a definir grupos de agentes que investem em conjunto (o mesmo fator aleatório multiplica os patrimônios de todos os agentes do grupo). A transição dinâmica é verificada novamente no mesmo ponto crítico p = 0, taxação regressiva gera o colapso da economia. No entanto, os índices críticos dependem da rede de ligações adotadas.

Ronald Dickman (UFMG)

Termodinâmica e coexistência de fases longe de equilíbrio

Nessa palestra vou discutir estudos recentes sobre a possibilidade de estender a termodinâmica para estados estacionários de não-equilíbrio (EENE). As definições da temperatura T e do potencial químico μ para EENE são analisadas no contexto de modelos simples, estocásticos. Para EENE uniformes no espaço, a coexistência com um reservatório (de calor, ou de partículas) fornece definições consistentes de T e μ, se usamos taxas de troca adequadas. Se definirmos uma função entropia na base desses parâmetros intensivos, verificamos que, fora de equilíbrio, ela não é igual à entropia de Shannon. O esquema de termodinâmica de EENE falha para sistemas não-uniformes. Estudos de EENE exibindo coexistência de fases demonstram que, diferente de equilíbrio, as propriedades de cada fase dependem de como a troca de partículas e energia é realizada.

Resumos dos palestrantes internos

Afrânio R. Pereira (UFV)

Deu um turbilhão na Pós-Graduação em Física da UFV

Pretende-se comentar brevemente a relação entre excitações topológicas (vórtices, solitons, skyrmions e mesmo monopolos magnéticos) dentro do contexto da Física da Matéria Condensada (magnetismo, supercondutividade, novos materiais como grafeno, isolantes topológicos) exibindo novas fases (tipo líquidos de spin, gelos de spin etc) com a criação e desenvolvimento da Pós-Graduação em Física na UFV.

Clodoaldo I. L. de Araújo (UFV)

Skyrmions por efeito de proximidade em isolantes topológicos a temperatura ambiente

Desde que os skyrmions foram observados a temperatura ambiente em 2015, em sistemas de multicamadas ferromagnéticas/metal pesado, eles têm sido amplamente estudados para aplicação como portadores de informação em memórias magnéticas mais robustas, não voláteis e de alta densidade. Nesta palestra será abordada a possibilidade de se obter tais estruturas em interfaces ferromagnéticas/isolantes topológicos. Nestas interfaces o efeito de proximidade do material ferromagnético gera um gap de energia no cone de Dirac e sucessivamente uma forte anisotropia interfacial. Serão apresentados resultados experimentais da existência de estados helicoidais gerados no isolante topológico, que persistem até mesmo acima da temperatura de Curie do material ferromagnético. A partir destas observações, dispositivos de memória racetrack de skyrmions baseados em isolantes topológicos podem ser propostos e investigados.

Joaquim B. S. Mendes (UFV)

Spintrônica baseada em materiais bidimensionais

Nessa última década a área de spintrônica ganhou um grande impulso com a descoberta de vários fenômenos de transporte dependente de spin que ocorrem em nanoestruturas constituídas por materiais magnéticos e não magnéticos. Dentre eles destacam-se o efeito spin-Hall (spin Hall effect-SHE), o efeito spin-Hall inverso (inverse spin Hall effect-ISHE) e o efeito spin-Seebeck (spin Seebeck Effect-SSE)1,2. Esses fenômenos possibilitam a conversão de um tipo de corrente de transporte em outro, seja de carga elétrica, de spin ou de calor, o que abre muitas novas possibilidades de investigação básica e de aplicações tecnológicas. O Grupo de Spintrônica e Nanomagnetismo do Departamento de Física da UFV (DPF/UFV) tem trabalhado em diversos aspectos dos fenômenos nesta área, em particular sobre o torque induzido por transferência de spin, geração e manipulação de correntes de spin por meio dos efeitos de spin pumping, spin-Seebeck e spin-Hall. Portanto, nesta apresentação, serão abordados temas que envolvem a associação de materiais 2D (tais como: metais de transição dicalcogenados - TMDs, isolantes topológicos, além do próprio grafeno) com materiais magnéticos com o intuito de estudar os mecanismos comentados anteriormente3,4,5.
1J. Sinova et al. Rev. Mod. Phys. 87, 1213 (2015). 2G. E. W. Bauer et al. Nature Materials, 11, 391, 2012. 3J. B. S. Mendes et al. Phys. Rev. Lett. 115, 226601, 2015. 4J. B. S. Mendes et al. Physical Review B, 96, 180415-1, 2017. 5J. B. S. Mendes et al. Applied Physics Letters, 112, 242407, 2018.

Leandro G. Rizzi (UFV)

Nucleação de moléculas com interações anisotrópicas

A nucleação de moléculas que interagem via interações anisotrópicas pode ser observada em uma grande variedade de sistemas e o seu entendimento deve influenciar aplicações que vão desde o crescimento controlado de filmes metálicos em substratos anisotrópicos na área de nanotecnologia, até na supressão da formação de fibras amilóides, as quais estão relacionadas à diversas proteinopatias nocivas aos seres humanos. Neste trabalho utilizamos o método de Monte Carlo cinético para explorar os efeitos causados por interações anisotrópicas na nucleação de moléculas descritas por um modelo minimalista de cristal. Através do cálculo de quantidades termodinâmicas tais como o núcleo crítico e taxas de nucleação, ambos em função da supersaturação de moléculas, esclarecemos algumas das características do processo de cristalização que não podem ser descritas pela teoria clássica da nucleação.

Marcelo L. Martins (UFV)

Física Biológica: de Schrödinger ao Instituto Francis Crick

74 anos após a publicação das palestras seminais de E. Schrödinger intituladas "What is life?" (o que é vida?), o desafio enfrentado por físicos e biólogos para entender a vida desagou em projetos bilionários como o Instituto Francis Crick, o PoLS (Physics of Living Systems) e o PS-OC (Physical Sciesnces-Oncology Centers). Nesta apresentação faremos uma retrospectiva singela da trajetória da física biológica no mundo, no Brasil e na UFV. Além disso, apontaremos como a física biológica se localiza no cenário da física e como ela se liga à emergência de uma nova biologia.

Olivier Piguet (UFV)

Existe, ou vai existir, uma teoria quântica da gravitação?

103 anos após a publicação da teoria relativística da gravitação na forma da Relatividade Geral (RG), por Einstein, ainda não temos uma versão quântica da mesma, em pavoroso contraste com a já septuagenária Eletrodinâmica Quântica, sem falar da sua quinquagenária generalização na forma do Modelo Padrão de todas as interações fundamentais (com a excepção justamente da interação gravitacional!). Faremos uma revisão das várias tentativas de quantização da RG, focando na que me parece mais promissora – a Gravitação Quântica de Laços, com alguns de seus sucessos bem como de suas dificuldades.

Sukarno O. Ferreira (UFV)

Crescimento e caracterização de filmes finos e nanoestruturas de CdTe e CdMnTe sobre Si(111)

Camadas de Telureto de Cadmio (CdTe) e sua liga ternária com Manganês (CdMnTe) têm importantes propriedades semicondutoras e magnéticas e podem ser aplicadas na fabricação de células solares, detetores de raios-x, raios gama e outros dispositivos optoeletrônicos. Embora muito importante, tecnologicamente, a produção destes materiais sobre substratos de Silício é um grande desafio, devido à enorme diferença entre os parâmetros de rede, de aproximadamente 19%. Neste trabalho vamos descrever o sistema de crescimento por epitaxia de feixes moleculares (MBE), desenvolvido no DPF/UFV para o crescimento destes materiais e a caracterização das amostras obtidas por microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão, difração de raios-x e absorção ótica no visível e infra-vermelho próximo.