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Programa de Pós-graduação em Física
Pós-Graduação
 
 


Informações sobre as linhas de pesquisa
Imagem ilustrativa deste item

item Área de concentração: Física Atômica e de Materiais

sub-item Linha de pesquisa 1: Estudo da Fragmentação de Moléculas em Colisões com Íons Pesados

Pesquisador: Geraldo Monteiro Sigaud

A descrição quantitativa de sistemas de muitos corpos dependentes do tempo, isto é, qual é a evolução temporal de um sistema de partículas mutuamente interagentes é uma das questões mais fundamentais ainda não resolvidas da Física. Em Física Atômica e Molecular, devido à natureza de longo alcance do potencial Coulombiano, é extremamente difícil encontrarem-se métodos numéricos apropriados para uma ampla faixa de velocidades e sistemas de colisão. O estudo dos processos multieletrônicos, compreendendo ionizações simples ou múltiplas do projétil e do alvo e a captura eletrônica, entre outros, em colisões entre íons e alvos atômicos e moleculares, e sua influência no processo de fragmentação molecular, tem crescido tremendamente nos últimos anos, principalmente porque tais processos têm um papel muito importante na Física de Plasmas, em Astrofísica, em Física Atmosférica, em Física de Materiais, em Medicina e em Biologia.
Neste contexto, temos estudado experimentalmente a interação entre íons pesados e moléculas com poucos átomos, em particular moléculas potencialmente precursoras de estruturas biológicas, como H2O, CH4, NH3, N2, O2, NO, HCN, etc., no regime de velocidades intermediárias. Esses estudos visam a esclarecer se a fragmentação molecular ocorre de forma seqüencial ou “explosiva”, e qual a predominância destes mecanismos com respeito à velocidade e ao tipo de projétil. Tais informações são de fundamental importância, por exemplo, no tratamento radioterápico de tumores com íons pesados, para que se possa determinar qual feixe deve ser utilizado com maior eficiência na destruição das células cancerosas e com menor dano às células sãs. Uma questão básica para essa escolha está relacionada à reatividade dos fragmentos produzidos para a molécula de água, o que determina o seu efeito final sobre os tecidos irradiados. Além dessa, uma outra aplicação está relacionada com a interação de partículas energéticas do vento solar com moléculas existentes em atmosferas planetárias e nas superfícies de planetas e cometas do nosso sistema solar, de modo a fornecer informações muito importantes para a compreensão de fenômenos relacionados com a sua evolução no tempo, como, por exemplo, a formação de água e das atmosferas planetárias atuais. Estas atividades são desenvolvidas no Laboratório do Acelerador Van de Graaff.

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item Área de concentração: Física da Matéria Condensada

sub-item Linha de pesquisa 1: Biofísica Molecular

Pesquisadora: Sônia Renaux Wanderley Louro

O centro da investigação em Biofísica Molecular consiste em detectar sítios de interação de diversos fármacos e moléculas sinalizadoras com biomoléculas; caracterizar esses sítios do ponto de vista estrutural e cinético; investigar as condições que modulam as interações, correlacionando estrutura e cinética com os efeitos funcionais. Temos obtido resultados na elucidação dos mecanismos moleculares de interação de drogas com seus alvos em sistemas subcelulares: biomembranas, proteínas solúveis e sistemas modelos. O potencial de utilização de nanopartículas para transporte de proteínas e liberação controlada de fármacos num organismo vivo é grande. Devido ao pequeno tamanho e alta magnetização, nanopartículas magnéticas podem ser usadas para monitorar e influenciar processos celulares. Vários métodos de síntese de partículas magnéticas têm sido desenvolvidos, mas a detecção, encapsulamento e a funcionalização dessas partículas por moléculas biologicamente ativas tem sido um desafio. Procura-se encapsular partículas magnéticas com proteínas e biomembranas visando ligação e controle de liberação de drogas. Estas atividades são desenvolvidas no Laboratório de Espectroscopia de Biomoléculas.

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sub-item Linha de pesquisa 2: Biomagnetismo

Pesquisador: Antonio Carlos Oliveira Bruno

Biomagnetismo estuda a geração e interação de campos magnéticos com a matéria viva. Uma de suas mais recentes aplicações é a área de ensaios imunológicos, que medem a reação antígeno-anticorpo com o objetivo de detactar vírus, bactérias, células cancerosas, etc. Os ensaios utilizam tradicionalmente marcadores que consistem em partículas, com tamanho entre dezenas e centenas de nanômetros, contendo um núcleo magnético e uma camada externa com propriedades fluorescentes ou enzimáticas ligada à anticorpos. Uma vez detectados os marcadores, através de suas propriedades, a quantidade de antígenos ligados aos anticorpos pode ser estimada. Os métodos tradicionalmente usados têm limitações devido à instabilidade dos marcadores. Recentemente, dispositivos supercondutores de interferência quântica (SQUIDs)  têm sido aplicados a estes ensaios para a localização e quantificação dos marcadores através, das propriedades magnéticas do seu núcleo. Devido à extraordinária capacidade do SQUID na detecção de fluxo magnético, a expectativa é aumentar a sensibilidade e a faixa dinâmica dos ensaios. Isto pode levar a um diagnóstico precoce de determinadas patologias como tumores e doenças auto-imunes. Pesquisas estão sendo desenvolvidas com o SQUID para detectar e quantificar marcadores magnéticos no Laboratório de Biomagnetismo

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sub-item Linha de pesquisa 3: Dinâmica estocástica

Pesquisador: Celia Anteneodo

Além das contribuições dominantes para descrever a dinâmica de um sistema, existem componentes, tipicamente associadas a um grande número de graus de liberdade envolvidos, que não podem ser definidas de modo determinista, mesmo fora do domínio da mecânica quântica.
Contudo, a dinâmica clássica pode ser modelada incorporando nas equações de movimento deterministas uma força flutuante (estocástica) apropriada. Assim, é obtida uma equação do tipo de Langevin, como a que modela o movimento Browniano dos corpúsculos de poeira no ar.
Um tratamento alternativo consiste na descrição probabilística da dinâmica, através de uma equação para a densidade de probabilidade do estado do sistema (a exemplo da equação de Fokker-Planck).
Estas representações estocásticas, permitem modelar muitos sistemas, não somente físicos, sendo algumas das aplicações em que venho trabalhando:

- Motores brownianos.
- Sistemas dinâmicos extensos.
- Séries temporais de preços e de outras variáveis de interesse em finanças.

PUBLICAÇÕES

- ECONOFÍSICA

  • Additive-multiplicative stochastic models of financial mean-reverting processes C Anteneodo & R Riera, Phys Rev E 72, 026106 (2005)
  • Nonextensive statistical mechanics and economics C Tsallis, C Anteneodo, L Borland & R Osorio, Physica A 324, 89 (2003)
  • Risk aversion in economic transactions C Anteneodo, C Tsallis & AS Martinez, Europhys Lett 59, 635 (2002)
- DIFUSÃO ANÔMALA
  • Brownian motors in nonlinear diffusive media C Anteneodo, Phys Rev E (2007), in press
  • Diffusive anomalies in a long-range Hamiltonian system LG Moyano & C Anteneodo, Phys Rev E 74, 021118 (2006)
  • Long-time behavior of spreading solutions of Schrodinger and diffusion equations C Anteneodo, JC Dias & RS Mendes, Phys Rev E 73, 051105 (2006)
  • Non-extensive random walks C Anteneodo, Physica A 358, 289 (2005)
  • Escape time in anomalous diffusive media, EK Lenzi, C Anteneodo & L Borland, Phys Rev E 63, 051109 (2001)
- OUTRAS APLICAÇÔES
  • Sinchronization threshold in coupled logistic map lattices C Anteneodo, AM Batista & RL Viana, Physica D 223, 270 (2006)
  • Multiplicative noise: A mechanism leading to nonextensive statistical mechanics C Anteneodo & C Tsallis, J Math Phys 44, 5194 (2003)
  • Theoretical estimates for the largest Lyapunov exponent of many-particle systems RO Vallejos & C Anteneodo, Phys Rev E 66, 021110 (2002)
  • Maximum entropy approach to stretched exponential probability distributions C Anteneodo & AR Plastino, J Phys A 32, 1089 (1999)
  • A dynamical thermostatting approach to non-extensive canonical ensembles AR Plastino & C Anteneodo, Ann Phys 255, 250 (1997)
  • Apostila "Processos estocásticos", V Escola do CBPF: http://www.cbpf.br/~celia/pg2new.pdf
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sub-item Linha de pesquisa 4: Dispositivos orgânicos eletroluminescentes (OLEDs)

Pesquisador: Marco Cremona

Os dispositivos orgânicos emissores de luz, denominados OLEDs, são construídos a partir de moléculas orgânicas de diversos tipos e constituem materiais eletroluminescentes. A tecnologia está em rápida evolução e pode vir a representar um forte concorrente às consolidadas telas de cristais líquidos. Entre as vantagens da utilização dos OLEDs para a construção de telas planas estão o baixo custo, a facilidade de aplicação dos dispositivos, além de suas características: adaptam-se a materiais flexíveis (como, por exemplo, uma tela dobrável, óculos e capacetes virtuais); permitem construções de telas de qualquer tamanho; são emissores naturais de luz propiciando brilho e cor superiores. O interesse nos materiais orgânicos ocorre principalmente pelo fato de exibir propriedades ópticas e elétricas modificáveis do ponto de vista molecular e/ou atômico (materiais nanoestruturados e funcionalização de compostos orgânicos). Ou seja: a pesquisa em OLEDs é uma pesquisa de nanociência com aplicações em nanotecnologia. O dispositivo macroscópico fabricado a partir dos compostos orgânicos mostrará propriedades que refletem aquelas “nano” e portanto será um dispositivo nanotecnológico. Os OLEDs prometem ser fontes luminosas econômicas, de baixo peso e que potencialmente podem ser realizados em qualquer tamanho e sobre um grande número de substratos (incluindo também a plástica flexível).
Esta atividade é desenvolvida no Laboratório de Filmes Finos  e no Laboratório de Espectroscopia Óptica e Optoeletrônica Molecular

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sub-item Linha de pesquisa 5: Ensaios Magnéticos Não Destrutivos

Pesquisador: Antonio Carlos Oliveira Bruno

Ensaios Magnéticos Não Destrutivos consistem no desenvolvimento e aplicação de métodos e técnicas para análise magnética de componentes ou estruturas, de forma a não alterar suas características ou prejudicar seu uso futuro. Seu objetivo é o de analisar a integridade, propriedades e composição e também detectar, localizar e avaliar descontinuidades, defeitos ou outras imperfeições. Sua utilização tem grande importância na indústria, na prevenção de acidentes e na preservação do meio ambiente. O Laboratório de Ensaios Magnéticos Não Destrutivos utiliza magnetômetros de alta resolução (SQUID, Fluxgate, GMI, GMR) para este fim onde em muitos casos é possível a solução do Problema Inverso que é a obtenção da geometria da imperfeição ou defeito. Na indústria, os ensaios são utilizados desde os estágios de fabricação do material até na monitoração de sistemas já em uso, como por exemplo, para determinar regiões críticas em estruturas, componentes e equipamentos usados na indústria da aviação, energia nuclear, processamento químico e na indústria do petróleo. Como estas estruturas estão sujeitas a fenômenos como fadiga, stress e corrosão, o aparecimento de defeitos como fissuras é muito provável. Estas fissuras podem crescer de forma a causar o comprometimento do componente ou estrutura com efeitos desastrosos à segurança e ao meio ambiente.

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sub-item Linha de pesquisa 6: Física e Análise de Superfícies

Pesquisador: Enio Frota da Silveira

 O Grupo investiga as interações de radiações ionizantes com superfície de sólidos. A atenção está voltada para radiações constituídas por feixes de:
i)   partículas rápidas (átomos, moléculas ou íons, com energia de 0.1 a 100 MeV);
ii)  fótons no ultravioleta (laser ou luz síncrotron).
As amostras estudadas são tipicamente materiais isolantes inorgânicos (sais, óxidos e gases condensados) e orgânicos (polímeros, biomoléculas). A observação dos efeitos da interação é feita principalmente através da Espectrometria por tempo-de-vôo (TOF) dos íons emitidos pelo sólido durante a irradiação. Uma particularidade deste tipo de interação é a dessorção iônica de grandes agregados moleculares ou de macromoléculas intactas. Modificações químicas e físicas são analisadas: novos compostos são produzidos e identificados, mudanças de propriedades cristalográficas e topológicas são modeladas, taxas de erosão por sputtering eletrônico são medidas.
Os feixes de partículas são produzidos pelo Acelerador de Partículas Van de Graaff da PUC-Rio e por fontes radioativas de califórnio 252 do Laboratório de Espectrometria de Massa de Macromoléculas; os de luz síncrotron são obtidos no LNLS.  As atividades têm cunho teórico (desenvolvimento de modelos de dessorção iônica  e  modelagem de estruturas moleculares), experimental (obtenção de dados básicos) e instrumental (projeto e desenvolvimento de equipamentos específicos).
Aplicações: ciências de materiais e nanotecnologia (ex: produção e caracterização de aglomerados), astrofísica (ex: formação de moléculas prébióticas). As técnicas LDI e MALDI são empregadas para a identificação e caracterização proteínas nas áreas da proteômica e da genômica funcional, assim como na análise de polímeros sintéticos, enzimas e outros produtos de interesse biotecnológico.

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sub-item Linha de pesquisa 7: Física Estatística Aplicada

Pesquisador: Rosane Riera Freire

Os métodos estatísticos desenvolvidos para o estudo dos sistemas físicos são utilizados na descrição da dinâmica complexa das flutuações das séries temporais financeiras. A analogia com fenômenos da natureza tais como difusão, transição de fase, turbulência, etc., abre um leque de novas técnicas analíticas e/ou numéricas para a descrição dos fenômenos econômicos. Analisamos os seguintes temas:
I - Dinâmica do mercado financeiro: evolução temporal das distribuições de retornos de preços, da volatilidade etc e de suas propriedades por mudança de escala temporal; análise do comportamento diário e intradiário.
II – Análise das flutuações das variáveis financeiras através de modelos estocásticos generalizados governados por equações de Ito-Langevin e de Fokker-Planck.
III - Modelos microscópicos: análise da formação de preços através da simulação do mercado como um sistema de agentes heterogêneos conectados via uma rede de informação.
IV - Crash financeiro: descrição do comportamento cooperativo emergente do mercado em época de crise em analogia com fenômenos críticos.

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sub-item Linha de pesquisa 8: Física Estatística de Não-Equilíbrio e Sistemas Granulares

Pesquisador: Welles Antonio Martinez Morgado

O estudo de sistemas fora do equilíbrio é uma área que vem se desenvolvendo rapidamente nas últimas décadas devido ao desenvolvimento de computação eletrônica capaz de simular problemas inaccessíveis a abordagens analíticas. Esta área trata de problemas que vão desde o movimento de partículas Brownianas até sistemas granulares. Estes últimos são especial objeto de minha pesquisa. O entendimento destes sistemas nos permite obter uma janela (experimental, numérica e analítica) sobre o comportamento de sistemas dissipativos reais assim como contribui para o desenvolvimento de aplicações tecnológicas de grande importância industrial, tais como o transporte de grãos, sua armazenagem e mistura.

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sub-item Linha de pesquisa 9: Magnetismo aplicado à arte

Pesquisador: Paulo Costa Ribeiro

Imagem Magnética de pinturas a Óleo, Acrílica, Esculturas Sacras, Cerâmicas e Pinturas Rupestres.Trata-se de desenvolver uma nova técnica de registro de Autenticidade de Obras de Arte e Datação de Cerâmicas e Pinturas Rupestres. De acordo com o American Institute for Conservation of Historic and Artistic Works, a conservação é uma atividade voltada para a preservação dos bens culturais para o futuro. Esta atividade inclui o exame, a documentação, o tratamento e cuidados preventivos. Descobriu-se que as pinturas têm pigmentos que são magnéticos, e cujo magnetismo pode ser detectado por sensores magnéticos, como o SQUID e o FLUXGATE, e faz-se então uma varredura, usando um desses detectores, no plano XY da pintura. Esses pigmentos inorgânicos tem metais de transição que podem ser magnéticos. Eles podem ser ferromagnéticos e podemos orientá-los com um campo magnético externo. É possível obter uma impressão magnética dos quadros e utilizá-la para identificar falsificações e também para fazermos datações de pinturas rupestres. Essas atividades são desenvolvidas no Laboratório de Magnetismo Aplicado à Arte.

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sub-item Linha de pesquisa 10: Nanolitografia por Microscopia de Força Atômica e Tunelamento

Pesquisador: Rodrigo Prioli Menezes

Apesar do grande interesse nos sistemas nanoscópicos, a sua fabricação controlada, caracterização, compreensão representam um enorme desafio para a comunidade científica e tecnológica. No Laboratório de Nanoscopia associado ao Laboratório Van de Graaff nós aplicamos as técnicas de microscopia de tunelamento (STM) e força atômica (AFM) para a caracterização de superfícies em escala atômica. Estas técnicas de microscopia permitem a visualização de superfícies com alta resolução e que modificações químicas ou estruturais sejam realizadas nos matérias de maneira controlada. Os objetivos consistem em utilizar a força entre átomos medida pelo microscópio de força atômica para induzir modificações estruturais em superfícies. Por outro lado, utilizamos também a corrente do microscópio de tunelamento como um feixe de elétrons para induzir a quebra e formação de ligações químicas em superfícies com alta resolução espacial. Estas modificações induzidas pelo AFM ou STM nos permitem entender processos físicos básicos relacionados a dissipação de energia em superfícies e permitem que novos dispositivos eletrônicos ou óticos possam ser fabricados em nano-escala.

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sub-item Linha de pesquisa 11: Nanotubos de Carbono

Pesquisador: Fernando Lázaro Freire Jr.

É bem conhecido que nanotubos de carbono têm excepcionais propriedades. Ao lado das inúmeras aplicações propostas, o seu uso como sensor de gases ocupa um papel de destaque. Impurezas adsorvidas ou embebidas na parede de um nanotubo de carbono podem alterar significativamente a sua condutância elétrica. Os nanotubos de carbono também podem ser dopados com catalisadores que interagem com moléculas gasosas específicas propiciando a detecção rápida e muito eficiente das mesmas. Por outro lado, ao colocarmos nanotubos em matrizes apropriadas, espera-se que o compósito resultante tenha suas propriedades, mecânicas, térmicas ou elétricas, aprimoradas quando comparadas com as da matriz original. O nosso interesse é em sistemas envolvendo metais, tema que só recentemente tem despertado a atenção de pesquisadores. No caso da incorporação de nanotubos em matrizes metálicas podemos esperar a melhoria das propriedades mecânicas -aumento da dureza e das resistências à fadiga e ao desgaste, mas resultados positivos são também esperados no que diz respeito às propriedades elétricas e magnéticas. No Laboratório de Revestimentos Protetores são crescidos nanotubos de paredes múltiplas pelas técnicas de spray-pirólise e plasma CVD, assim como preparados dispositivos simples (sensores).

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sub-item Linha de pesquisa 12: Optoeletrônica Molecular e Espectroscopia Óptica

Pesquisador: Marco Cremona

A Eletrônica Molecular (EM), que faz parte da nova visão científica de Nanociência e Nanotecnologia, está se configurando como uma das áreas estratégicas para o desenvolvimento tecnológico de muitos paises, representando um mercado internacional de muitos bilhões de dólares. A contínua busca para a miniaturização dos dispositivos obrigou os cientistas a procurar novas formas de eletrônica onde determinadas moléculas com funções especificas substituem os componentes de silício presentes nos atuais circuitos. O transistor molecular e os LED orgânicos são dois exemplos de como a EM pode chegar a fabricar objetos macroscópicos a partir da manipulação de átomos e moléculas (bottom-up view). O nosso grupo é um dos poucos no Brasil que estuda estes tipos de dispositivos baseados em filmes finos de complexos moleculares orgânicos conjugados. Utilizando técnicas de espectroscopia óptica e elétrica e através das nossas colaborações com grupos de pesquisa nacionais e internacionais, conseguimos importantes resultados com vários materiais orgânicos, puros ou dopados com terras raras. No Laboratório de Espectroscopia Óptica e Optoeletrônica Molecular e no Laboratório de Filmes Finos no somos equipados com uma sala limpa para a produção de filmes finos e dispomos de sistemas de caracterização dos dispositivos.

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sub-item Linha de pesquisa 13: Propriedades eletrônicas de materiais 

Pesquisador: Maria Matos

Átomos em sólidos podem formar arranjos espaciais dos mais diversos. Atualmente são sintetizadas em laboratório uma variedade cada vez maior de novos materiais, muitos extremamente atraentes para a pesquisa e a aplicação.  Arranjos atômicos podem criar fitas de átomos entre-cruzadas, planos corrugados, canais abertos, aglomerados densos e essas verdadeiras construções microscópicas influenciam as propriedades do material, desde sua cor até a habilidade de magnetizar-se, conduzir eletricidade, resistir ao calor, hospedar e acelerar reações químicas, transformar-se com o tempo ou de acordo com as condições externas. O trabalho em nosso grupo é teórico. Estudamos compostos de estrutura cristalina das mais simples às complexas, calculamos as energias envolvidas no processo da condutividade, na habilidade em formar vacâncias, na absorção ótica e na ligação de pares atômicos visando compreender a estabilidade estrutural do composto. Nosso enfoque leva em conta o processo de formação da estrutura imaginando-a através da junção de sub-estruturas (fitas, planos, sub-unidades de diversos tamanhos e formas), aumentando desse modo a compreensão das propriedades do material. Interessamo-nos principalmente pelo estudo de óxidos de estrutura e funcionalidade específicas, como os oxo-boratos (warwickitas e ludwigitas) as perovskitas de cobre e as apatitas, importantes para a pesquisa básica, para a indústria eletrônica e para a medicina.  Como exemplos de resultados recentes do grupo, foi demonstrado o papel de Ca na formação de vacâncias, o que explicaria a constante dielétrica gigante de uma perovskita modificada. No estudo dos oxo-boratos mostrou-se que distorções estruturais mínimas, causadas por átomos de Fe, são capazes de mudar radicalmente a condutividade elétrica de uma ludwigita, tornando-a semi-condutora. Mostramos também que pequenas doses de vanádio podem incrementar o caráter uni-dimensional da warwickita de Fe, por efeito de blindagem. No momento, estamos investigando uma série de compostos da familia das apatitas, materiais usados para implante dentário e propostos como catalizadores na indústria.

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sub-item Linha de pesquisa 14: Propriedades Eletrônicas e de Transporte em Sistemas Nanoscópicos

Pesquisador: Maria Augusta Davidovich e Enrique Vitoriano Anda

Os avanços nas técnicas de crescimento de dispositivos semicondutores nano-estruturados e a variedade de suas possíveis aplicações têm motivado estudos mais aprofundados dos processos fundamentais que controlam o transporte eletrônico, com o objetivo de melhorar as propriedades destes dispositivos. Serão estudadas as propriedades de transporte, de sistemas como fios quânticos, anéis nanoscópico e estruturas mais complexas constituídas por aglomerados de PQ’s conectados a esses sistemas. Abordaremos também o transporte molecular, a criação de estados emaranhados no contexto da informação quântica, o efeito Kondo e outras propriedades associadas às interações de muitos-corpos presentes nestes sistemas. É procurado um entendimento das propriedades destes sistemas em função do tempo, da temperatura e dos valores dos parâmetros do sistema, considerando interações locais e não-locais, diretas e de troca, para sistemas em equilíbrio e fora de equilíbrio termodinâmico. O objetivo e entender os processos de física fundamental associados a estes sistemas e dispor de ferramentas teóricas poderosas para o desenho de dispositivos baseados nas estruturas nanoscópicas mencionadas.

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sub-item Linha de pesquisa 15: Revestimentos Nanoestruturados

Pesquisador: Fernando Lázaro Freire Jr., Marcelo E. H. Maia da Costa e Rodrigo Prioli

Nanoestruturas metálicas, cerâmicas e compósitas, ao lado de materiais nanoestruturados à base de carbono, podem apresentar propriedades mecânicas, tribológicas e termoquímicas sem precedentes na longa estória do desenvolvimento dos diversos ramos de tecnologia de revestimentos protetores de superfícies de materiais. Na última década revestimentos nanoestruturados começam a ocupar lugar de destaque e a nanodureza tem se constituído na primeira, mas não é a única, propriedade a ser otimizada. Para atingir as metas de alto desempenho desejado, é preciso otimizar também, em escala nanoscópica, propriedades tribológicas, físicas e químicas. No nosso caso, estudamos no Laboratório de Revestimentos Protetores diferentes tipos de revestimentos nanoestruturados, multicamadas e revestimentos à base de carbono, que possam apresentar uma ou mais das seguintes características: elevada dureza, baixo atrito, resistência ao desgaste, hidrofobicidade, e que sejam quimicamente inertes. Dispomos para isso de um vasto conjunto de técnicas de caracterização instaladas nos Laboratório de Nanoscopia e no Laboratório do Acelerador Van de Graaff, microscopia de força atômica e de tunelamento, nanoindentação, XPS e técnicas de análise por feixes de íons (RBS, ERD e NRA).

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sub-item Linha de pesquisa 16: Sistemas Eletrônicos Fortemente Correlacionados

Pesquisador: Hortencio Alves Borges

Sistemas Eletrônicos Fortemente Correlacionados incluem uma ampla variedade de materiais que apresentam propriedades incomuns e importantes. Entre estes, contam-se Supercondutores em Altas Temperaturas, Sistemas de Férmions Pesados. Com relação aos primeiros, estudamos as interações que levam à ocorrência do fenômeno de resistência zero em temperaturas próximas daquela do nitrogênio líquido, e as possibilidades de aplicações tecnológicas de dispositivos construídos com esses materiais. Em Férmions Pesados, estamos interessados em desvendar a importância das interações magnéticas entre elétrons de metais de terras-raras que os constituem, para a ocorrência de ordem magnética, de supercondutividade de caráter não-convencional e da transição entre esses estados em temperaturas extremamente baixas, configurando transições de fase quânticas. Finalmente, a possibilidade da conexão entre os fenômenos da supercondutividade nos dois grupos de materiais acima também é investigada. Estas atividades são desenvolvidas no Laboratório de Materiais sob Condições Extremas.

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item Área de concentração: Física das Particulas Elementares e Campos

sub-item Linha de pesquisa 1: Estudo das radiações cósmicas a energias extremas

Pesquisador: Ronald Cintra Shellard

A Terra é constantemente bombardeada por radiação cósmica, cobrindo um espectro de energias muito amplo. A parte do extremo superior deste espectro, onde as energias tem valores acima de 1018 eV é muito pouco conhecida. Além de serem  muito raros, os raios cósmicos a estas energias tem um fluxo da ordem de uma partícula por quilômetro quadrado por ano, sua origem e natureza oferece uma vista dos fenômenos de mais alta energia ocorrendo no Universo. Entender a origem e natureza destes raios de energias extremas constitui uma dos maiores desafios da Física contemporânea. Seu estudo permite vislumbrar recantos inexplorados da Física. Para estudar estas astropartículas foi construído o Observatório Pierre Auger, na Argentina e será construído outro no Colorado, EUA. O Observatório, o maior no mundo na sua classe, mede as caraterísticas desta radiação usando duas técnicas complementares. Um conjunto de telescópios mede a fluorescência das maléculas na atmosfera, gerada pela passagem dos raios cósmicos e a outra mede a quantidade de radiação atingindo a Terra por um processo de amostragem seletiva. Nosso grupo desenvolve algorítmos para a reconstrução da informação coletada pelos detectores, procurando cinzelar as técnicas para  permitir a identificação dos componentes de um chuveiro atmosférico gerado por um raio cósmico. Procuramos identificar potenciais fontes de raios cósmicos, o que equivale a fazer astronomia de raios cósmicos, medir o fluxo das partículas, identificando sua natureza, estabelecendo mecanismos para explicar sua origem.

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sub-item Linha de pesquisa 2: Física de Altas Energias

Pesquisador: Carla Gobel

A Física de Altas Energias está voltada para o estudo das partículas elementares da natureza e suas interações. No campo experimental, as linhas de pesquisa sendo desenvolvidas aqui se dão através da participação nas colaborações internacionais FOCUS (Fermilab, USA) e LHCb (CERN, Suíça).
FOCUS (Fermilab, USA): Experimento voltado para o estudo de partículas contendo o quark charm, que tomou dados em 1996/1997. Atualmente, estamos trabalhando na análise de decaimentos hadrônicos de mésons D, com interesse no estudo da produção e interferência das ressonâncias hadrônicas, com tempos de vida inferiores a 10-20 segundos. Em particular, busca-se estudar a produção e características dos controvertidos mésons escalares leves, um dos grandes temas de interesse atual em física hadrônica.

LHCb (CERN, Suíca): O experimento LHCb está atualmente em fase de montagem, sendo um dos 4 experimentos do grande colisor LHC do CERN, que comecará a funcionar em 2007-8, com energia de 14 TeV no centro de massa de colisões próton-próton. O principal objetivo do LHCb é o estudo do fenômeno de Violação de Carga-Paridade (CP), mecanismo ligado diretamente à assimetria matéria-antimatéria no Universo. Na etapa atual, de preparação para o início da tomada de dados, meu projeto no LHCb se volta para o estudo de sensibilidade que terá o experimento para a medida do ângulo beta, um dos principais parâmetros que regulam a violação de CP no Modelo Padrão. Este estudo é um "termômetro" para estimar a sensibilidade do LHCb a vários outros parâmetros que caracterizam a violação de CP.

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sub-item Linha de pesquisa 3: Física e Astrofísica de Neutrinos

Pesquisador: Hiroshi Nunokawa

Neutrino é uma partícula que tem interação muito fraca e difícil de detectar, mas teve papel muito importante para o desenvolvimento de física de partículas elementares. Na ultima década, oscilações de neutrinos, que implica massas de neutrinos não nulas, foram observadas e confirmadas por vários experimentos que detectaram neutrinos vindos de atmosfera, Sol, aceleradores e reatores nucleares. Embora saíssem enormes quantidades dos dados experimentais muito importantes que nos permitiram aprender muitas coisas sobre neutrino, ainda existem várias questões abertas (propriedades de neutrinos indeterminadas) que possivelmente podem fornecer algumas pistas importantes para física além do modelo padrão de partículas elementares. Estamos estudando como e até que ponto podemos determinar estas propriedades de neutrinos que ainda não estão determinadas até o presente momento, tais como violação de CP (simetria entre matéria e anti-matéria), a hierarquia de massas de neutrinos (se a massa de terceira geração de neutrino é maior do que a da primeira ou não), se neutrino for partícula de Dirac ou Majorana, etc. Também estudamos neutrinos vindos de fontes astrofísicas como uma explosão de supernova que cria estrela de nêutron ou buraco negro, para entender física de supernova. 

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item Área de concentração: Ótica

sub-item Linha de pesquisa 1: Óptica Aplicada à Área  Biomédica

Pesquisador: Isabel Carvalho

Células-tronco são células que possuem a habilidade de se dividir por períodos longos indefinidos podendo consistir em uma fonte ilimitada de células especializadas do adulto. Nesta linha de pesquisa investigamos a indução da diferenciação de células-tronco por meio de estímulos elétricos, através de várias técnicas ópticas. Dispositivos ópticos baseados em fibras especiais microestruturas estão sendo desenvolvidos para a avaliação dos vários estágios de diferenciação e organização espacial das células-tronco adultas, durante o processo evolutivo de células-tronco para células miocárdicas. Esta pesquisa é realizada no Laboratório de Optoeletrônica.

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sub-item Linha de pesquisa 2: Óptica Não-Linear em Sistemas Vítreos

Pesquisador: Isabel Carvalho

É possível gravar campos elétricos intensos de forma permanente em vidros e em fibras ópticas através de um processo de polarização elétro-térmica. Pode-se assim obter um material ou fibra altamente não-linear que potencialmente pode ser utilizado na frabricação de componentes como moduladores, dobradores de frequência e diversos sensores ópticos. Vários materiais, seja em forma volumétrica ou em fibras especiais, são investigados tais como vidros de sílica,  vidros especiais com alto índice de refração e filmes de sol-gel contendo  nano-partículas de ouro. Aspectos fundamentais do processo não-linear, como distribuição de cargas, papel desempenhado por dopantes e distribuição espacial do campo são investigados visando a aplicação dos sistemas na fabricação de dispositivos fotônicos tanto em fibras como em amostras volumétricas. Dispositivos a fibra óptica a base de  cristal líquido também são estudados. Esta pesquisa é realizada no Laboratório de Optoeletrônica.

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