Gustavo Martini Dalpian.

Projeto temático FAPESP: Avanços em muitas tecnologias, como energia renovável e sustentável, computação quântica, armazenamento de dados e diferentes tipos de sensores para aplicações que vão da saúde à agricultura, dependem de nossa capacidade de projetar e realizar materiais com propriedades otimizadas. Nesta perspectiva, a descoberta e o design de materiais dependem intimamente de esforços conjuntos entre simulação, síntese e caracterização de materiais. As ferramentas computacionais para simulação de materiais adquiriram um nível avançado de maturidade e, quando aliadas a conceitos de ciência de dados, podem levar a novas formas de desenvolver materiais com propriedades específicas. Ao mesmo tempo, métodos experimentais de síntese estão se tornando ecologicamente corretos e a busca por rotas de síntese com custo e pegada de carbono reduzidos levará a compostos com maior possibilidade de chegar ao mercado. Do ponto de vista da caracterização, o desenvolvimento de instalações avançadas, como a fonte de luz síncrotron SIRIUS, está nos levando a uma posição em que as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas mais sutis podem ser avaliadas com precisão. Este projeto reunirá pesquisadores com experiência em diferentes áreas de pesquisa de materiais para otimizar o desenvolvimento e a compreensão dos materiais. Além do desenvolvimento de trabalhos e técnicas fundamentais dentro de cada uma das frentes acima, focaremos em desafios que possam integrar as equipes de simulação, síntese e caracterização. Também pretendemos construir protótipos de dispositivos funcionais com os materiais desenvolvidos, fechando o ciclo do design computacional para as aplicações. Considerando a expertise da equipe e as principais demandas nacionais, focaremos em materiais para energia, incluindo perovskitas haletos e outros semicondutores, e materiais quânticos, como isoladores topológicos e compostos para spintrônica. Como forma de nos mantermos atualizados sobre os desenvolvimentos da área, também teremos esforços voltados para desenvolvimentos em metodologias fundamentais relacionadas à área de física da matéria condensada.

A habilidade de manusear e sintetizar materiais é de importância para o desenvolvimento de civilizações, a ponto de marcar eras dahumanidade, como a idade da pedra, do cobre, do bronze e do ferro. Tais divisões ocorrem por conta da vantagem estratégica do domínio demateriais, tanto para infraestrutura como para aplicações de defesa. No momento que uma civilização domina um material significativamentesuperior, ela tem avanços estratégicos, sendo que cada nova era é sucedida por uma revolução econômica. Fica claro então que o domínio denovos materiais torna-se crucial para melhorar e manter civilizações, sendo por conta de tornar viável a infraestrutura para populaçõescrescentes, sua defesa e para promover avanços econômicos. A forma de descobrir novos materiais foi revolucionada recentemente peloprograma Materials Genome Initiative, (EUA, 2011). Percebeu-se que a utilização de técnicas de big data, alidadas a simulação computacional,reduzem consideravelmente o custo destes processos. Tais iniciativas criaram a área de pesquisa hoje chamada de Materials Informatics comavanços fundamentais relacionados a big data e inteligência artificial, intimamente relacionados à computação de alto desempenho. Tendo istoem mente, este INCT Materiais Informatics visa consolidar a comunidade científica nacional de simulações de materiais para a utilização dastécnicas para a descoberta de novos materiais estratégicos, com objetivo de transferência de conhecimento para o setor produtivo e sociedade.Para isso serão formados recursos humanos altamente treinados, por meio colaborações, eventos e tutoriais. Também será fomentada acolaboração internacional com projetos já bem sucedidos em Materials Informatics. Assim, o Brasil poderá utilizar de maneira organizada osnovos recursos computacionais em iminência de aquisição, consolidando-se no cenário internacional da descoberta de materiais..

O uso de perovskitas de haletos em células solares e outros dispositivos continua a atrair a atenção de pesquisadores em todo o mundo, e eficiências na conversão de energia de quase 30 foram relatadas. Uma limitação atual para a comercialização adequada desses dispositivos é a estabilidade reduzida dos materiais envolvidos, que são relativamente instáveis à exposição a umidade levando à separação de fases. Neste projeto usaremos métodos computacionais baseados na mecânica quântica para encontrar formas de aumentar a estabilidade estrutural desses compostos. Diversas estratégias serão avaliadas, incluindo o uso de diferentes alavancas termodinâmicas, como pressão e temperatura, e fatores externos, como a formação de ligas, a inclusão de defeitos e dopantes, e a construção de estruturas de baixa dimensionalidade. Nossos resultados serão compartilhados com colaboradores experimentais que trabalharão na síntese e caracterização dos compostos mais promissores.

Trata-se de projeto vinculado ao edital 'Program de Recursos Humanos' da Agência nacional de Petróleo. A equipe é composta por cerca de 30 docentes da UFABC, e focará temas relacionados a Petróleo, Gás e Biocombustíveis com um enfoque em materiais, nanoestruturas e energias renováveis.

Este projeto tem por finalidade fortalecer a internacionalização da área de Física da Matéria Condensada da UFABC, do ponto de vista de síntese, caracterização e simulação de materiais. Essa área avançou de forma muito rápida nos últimos anos, sendo uma de suas principais características o aumento da interação com outras áreas, principalmente química e Ciência dos Materiais, focando o desenvolvimento de pesquisas interdisciplinares. Este avanço é abordado neste projeto através de um processo colaborativo entre pesquisadores dos programas de pós-graduação em Física, Química e Nanociências e Materiais avançados da UFABC. Esta interação colaborativa, juntamente com as colaborações internacionais já vigentes, bem como possíveis novas colaborações, servirá de catalisador para o desenvolvimento de projetos mais audaciosos e amplos, bem como para a formação ampla dos alunos envolvidos. A área da Física da Matéria Condensada na UFABC conta com pesquisadores especializados no crescimento de materiais, por rotas físicas e química, focando materiais cerâmicos, magnéticos e semicondutores; na caracterização de materiais, através de técnicas como raios-x, Rietveld, magnetização, condutividade elétrica, magnetorresistência entre outras; e na modelagem computacional de materiais utilizando-se de métodos clássicos e quânticos. É importante destacar a enorme importância dessas colaborações para o desenvolvimento de novas tecnologias e a inovação num contexto mais amplo. É por conta do desenvolvimento de novos materiais que temos acesso hoje a supercondutores super rápidos (semiconductores), a lasers superpotentes e a fármacos mais eficientes. A interação com os grupos estrangeiros possibilitará o avanço científico e tecnológico da área de matéria condensada e a formação de doutores de alta qualidade na UFABC.

Projeto Temático FAPESP, 17/02317-2. A pesquisa na área de materiais tem avançado nos últimos anos, partindo de um enfoque basicamente aplicado, e relacionado à Engenharia, até a posição ocupada hoje onde tem grande impacto em outras áreas, incluindo a Física, Química e Biologia. Isto ocorre em grande parte pelos avanços tecnológicos que nos tem permitido estudar e manipular a matéria em escala atômica e molecular. Este projeto pretende atuar neste nicho, desvendando as propriedades de materiais, procurando por novos materiais e desenvolvendo metodologias avançadas para o tratamento e entendimento destes. O projeto focará principalmente nas propriedades de superfícies e interfaces, estudando fenômenos emergentes. Destacamos dentre esses materiais e propriedades: 1) o estudo de isolantes topológicos quando em interface com outros materiais; 2) o estudo da interface entre sólidos e líquidos, com aplicações em energia, como fotoeletroquímica e física do petróleo; 3) o estudo de materiais bidimensionais quando em contato com outros materiais incluindo biomoléculas; 4) o estudo de propriedades ópticas em interfaces de heteroestruturas, principalmente de materiais 2D com foco no desenho de células fotovoltaicas de próxima geração. Nesta proposta teórico/experimental utilizaremos técnicas do estado da arte. Do ponto de vista teórico a Engenharia de Materiais será obtida por meio de técnicas de big data em Ciência de Materiais, que inclui a utilização dos grandes repositórios de materiais e o desenvolvimento de códigos do tipo "high throughtput", varrendo diferentes famílias de materiais. A partir de candidatos selecionados refinaremos os estudos utilizando combinações de métodos quânticos e clássicos. Estas interfaces também serão estudadas por meio de técnicas de síntese de nano e microestruturas de materiais semicondutores e magnéticos e ligação de biomoléculas e moléculas orgânicas.

The field of computational materials science has reached its maturity, and now leads to the use of large repositories and high throughput calculations to significantly increase the quantity of simulations. Our group is using these tools to simulate a large number of materials focusing mainly on energy applications.

The aim of this project is to use computational modeling to modify the surface properties of ZnO nanowires (NWs) by attaching organic molecules. We will employ tight-binding methods, first-principles density-functional theory and Green's functions to investigate the structural, electronic and electrical properties of hybrid ZnO NWs-organic systems. Based on recent experiments we will investigate the adsorption of funcional groups, such as thiols, carboxylic acids and silanes on ZnO nanowires. By controlling the inorganic-organic interface at an atomistic scale, we will suggest a route for designing efficient and stable hybrid materials which can be applied in biosensing and solar cells, thus minimizing costs for fabrication and manufacturing. Our calculated properties for the investigated systems will be closely correlated to experimental investigations which will be carried out by our collaborators in Germany and eventually newly established collaborations in Brazil.

O objetivo deste projeto é o estudo das propriedades físicas de novos materiais, através de métodos ab initio ("estado-da-arte"), focando em nanosistemas.

Este projeto pretende estudar o efeito da utilização de funcionais híbridos para o termo de troca e correlação em simulações de estrutura eletrônica baseados na Teoria do Funcional da Densidade. Serão estudados defeitos em diferentes tipos de materiais, incluindo semicondutores magnéticos diluídos, nanoestruturas e outros materiais. Esse tipo de funcional híbrido corrige o gap desses materiais e, portanto, espera-se também que níveis de defeitos também sejam corrigidos, dando informações mais precisas sobre energias de formação, população de defeitos e níveis de transição. Valor aprovado: R$40000,00

Sou coordenador do projeto, que visa solidificar a rede de colaboração do programa de pós-graduação em Nanociências e Materiais Avançados da UFABC com programas de pós-graduação da USP e UFSCAR. Valor Aprovado: R$350.000,00

O presente projeto visa o estudo de defeitos complexos em semicondutores magnéticos diluídos (DMS) e em semicondutores de gap largo utilizando métodos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade. DMSs são materiais de extrema relevância para o desenvolvimento de dispositivos utilizando-se os princípios da spintrônica. Entre as aplicações desse tipo de material estão dispositivos futuros baseados em correntes de spin e o computador quântico. Os semicondutores de gap largo que serão utilizados são o GaN e o ZnO. O GaN possui enormes aplicações para dispositivos óticos, como os LEDs azuis; o ZnO é um material novo, com potenciais aplicações similares ao GaN. Alguns dos defeitos a serem estudados são: Metais de Transição juntamente com átomos doadores ou aceitadores em GaAs, GaN e ZnO; defeitos intrínsecos em GaN e ZnO sob pressão; propriedades de crescimento de metais de transição em GaAs(100) e GaN(100); defeitos em interfaces de GaAs/MnAs. Valor: R$116.000,00.

O presente projeto tem como principal objetivo o estudo teórico das propriedades de nanoestruturas e materiais nanoestruturados, isolados ou em interação com um meio específico, focando principalmente pontos quânticos (quantum dots) semicondutores. Edital MCT/CNPq nº 042/2006 - Valor aprovado: R$100.000,00.