ÁREAS DE CONCENTRAÇÃO

Física da Matéria Condensada

Nesta área de concentração são investigadas as propriedades físicas de sistemas condensados, onde há um número grande de constituintes que interagem fortemente, sobretudo sólidos e líquidos. As propriedades da matéria dependem intrinsecamente dos elementos químicos que a compõem, fazendo com que a Física da Matéria Condensada seja uma área de pesquisas intrinsecamente interdisciplinar, que se beneficia não só da atuação de físicos, mas também de profissionais de diferentes formações acadêmicas. A Física da Matéria Condensada abrange sistemas físicos de grande interesse na atualidade, que vão desde materiais em escala volumétrica (bulk) até nanométricos. Na fronteira desse campo de pesquisa destacam-se as investigações realizadas por nossos grupos de pesquisas acerca de sistemas complexos, sistemas de baixa dimensionalidade (filmes finos e nanoestruturados), semicondutores, materiais magnéticos e ferroelétricos, polímeros, fármacos e biomateriais. O estudo da Matéria Condensada envolve um grande número de técnicas experimentais e teóricas que contribuem de forma sinergética para o entendimento das propriedades físicas da matéria. Especificamente destacamos a difração e a absorção de raios X, espectroscopias ópticas e elétricas, calorimetria entre outras. Do ponto de vista teórico há uma grande confluência de métodos analíticos e computacionais. Com o crescimento do poder computacional, as técnicas de simulação computacional se tornaram ferramentas confiáveis, obrigatórias e de grande valia no estudo das propriedades de diferentes materiais. Esses estudos são realizados empregando cálculos ab initio (em geral, baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT)), métodos semi-empíricos, dinâmica molecular (no esquema Quantum Mechanics/Molecular Mechanics), Monte Carlo, Simulated annealing ou "docking" molecular.

Física de Partículas e Campos

A Teoria Quântica de Campos (TQC) fornece o aparato teórico adequado à investigação de alguns dos grandes problemas da física para o século XXI. Historicamente, foi no contexto da física de partículas elementares que os modelos nascidos no âmbito da TQC foram consolidados como parte do conhecimento científico moderno. Ainda hoje, encontram-se nesta linha de pesquisa alguns dos maiores esforços experimentais da atualidade, que apontam no sentido de uma compreensão mais profunda das estruturas, interações e mecanismos básicos presentes na descrição do universo. A TQC, por sua vez, é a ferramenta disponível para modelar novos experimentos e implementar cálculos precisos de observáveis. Com este projeto, pretendemos inserir as instituições proponentes em linhas de pesquisa que envolvem o que há de mais recente na física de partículas elementares, que envolvem o estudo das extensões do Modelo Padrão (MP), Gravitação Quântica e Cosmologia.

Area de Concentração:

Física da Matéria Condensada

Linha de Pesquisa

Descrição

Caracterização de Materiais Magnéticos e Ferroelétricos

Nesta linha de pesquisa temos por objetivo a otimização e o desenvolvimento de materiais magnéticos e ferroelétricos sintetizados e preparados por métodos físicos e químicos em escala volumétrica, micro e nanoscópica (sistemas metálicos, semicondutores e óxidos). As propriedades magnéticas dos materiais desenvolvidos são testadas através das técnicas de magnetometria Kerr e magneto-transporte (magnetoresistência e efeito Hall). No caso dos materiais ferroelétricos o comportamento ferroelétrico ordinário e relaxor dos sistemas cerâmicos serão investigados através de medidas da permissividade dielétrica em função da temperatura e frequência.

Propriedades Estruturais, Morfológicas e Espectroscópicas da Matéria Condensada

A linha de pesquisa contempla a síntese de cerâmicas ferroelétricas (peroviskitas), óxidos semicondutores magnéticos e biomateriais. As amostras são preparadas em escala volumétrica, pós e filmes finos, por diferentes métodos de preparo físicos e químicos. O estudo da estrutura de longo alcance de materiais cristalinos (poli e monocristais) se dá através das técnicas de difração (Cristalografia - Refinamento Rietveld) e análises térmicas. A morfologia dos materiais em estudo é realizada através de técnicas de microscopia eletrônica (SEM/TEM). Também é utilizado na caracterização destes sistemas técnicas espectroscópicas. O estudo da ordem local é realizado através de absorção de raios X (EXAFS/XANES). A determinação de estrutura eletrônica é realizada por meio de técnicas de fotoluminescência (PL - photoluminscence) e a relação de dispersão de fônons é obtida por meio de espalhamento Raman, das medidas de difração de raios X, as analises morfológicas e as medidas de absorção de raios X são realizadas de maneira regular pelos pesquisadores associados à linha de pesquisas por meio de submissão de propostas de pesquisas ao Laboratório Nacional de Luz Sincrotron - LNLS.

Simulação e modelagem computacional de moléculas, fluidos e sólidos

Nesta linha de pesquisa empregamos simulação e modelagem computacional para investigar as propriedades estruturais, eletrônicas, opticas, magnéticas, dielétricas e dinâmicas de átomos, moléculas, sólidos e fluídos. Isso nos permite (com um custo relativamente baixo) explicar fenômenos observados experimentalmente, prever novas estruturas e procurar materiais com características específicas. Esses estudos são realizados empregando cálculos ab initio (em geral,baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT)), métodos semi-empíricos, dinâmica molecular (no esquema Quantum Mechanics/Molecular Mechanics), Monte Carlo, Simulated annealing ou "docking" molecular. Entre os diferentes materiais que temos investigado, destacamos: semicondutores, polímeros, fármacos e materiais nanoestruturados. Adicionalmente, nesta linha de pesquisa também serão realizados estudos teóricos para a previsão do polimorfismo em sólidos moleculares. Além dos estudos citados acima, temos nos dedicado também ao desenvolvimento de novas abordagens para o estudo das propriedades eletrônicas e magnéticas de sistemas de muitos elétrons. Em particular, esses trabalhos incluem (i) a construção de aproximações para os funcionais de troca-correlação da DFT e de suas extensões (teoria do funcional da densidade de corrente (CDFT), por exemplo), (ii) a busca por funcionais "orbital-free" para a energia cinética (com o objetivo de contribuir para o desenvolvimento da orbital-free DFT), e (iii) o desenvolvimento de métodos híbridos atomístico-contínuo para o estudo de fluidos complexos.

Física Estatística e Sistemas Não

Lineares

Os formalismos da Física Estatística são essenciais ao estudo de sistemas físicos, químicos e até biológicos. A Física Estatística tem por objetivo descrever as propriedades de sistemas macroscópicos, a partir do comportamento dinâmico dos constituintes microscópicos da matéria. Esta linha de pesquisa tem papel importante no estudo da matéria dos estados sólido, líquido e gasoso, além da matéria composta. Nesta linha de pesquisa também é estudada a dinâmica dos sistemas dito complexos, cujas partes interajam de forma não linear. Procura-se entender a importância e as consequências do caos nas grandezas relevantes do sistema.

Area de concentração:

Física de Partículas e Campos

Teoria Quântica de Campos, Gravitação e Cosmologia

As Teorias de Campos tornaram-se, a partir do século XX, uma das principais ferramentas para a descrição de sistemas físicos interagentes, fornecendo tanto insights sobre a natureza fundamental das partículas elementares, quanto modelos específicos que podem ser aplicados desde a Mecânica Estatística até a Física da matéria condensada. Os principais interesses nesta linha de pesquisa são: o estudo da teoria quântica de campos a temperaturas finitas, as aplicações da teoria quântica de campos à física da matéria condensada, a descrição e aplicação de teorias de gauge de ordem superior, o estudo de modelos cosmológicos aplicados ao Universo primordial e à sua atual fase acelerada e a formulação de teorias de gauge para a gravitação.

Fenomenologia das Partículas Elementares

A fenomenologia das partículas elementares envolve o estudo das interações fundamentais entre os constituintes da matéria. Atualmente acredita-se que o chamado Modelo Padrão das Partículas Elementares seja a teoria capaz de descrever os fenômenos que envolvem estas interações. Mas, apesar do sucesso das previsões do Modelo Padrão, algumas propriedades das partículas elementares ainda não estão completamente determinadas: a massa do escalar de Higgs, a origem das violações das simetrias CP e P, a repetição das três famílias de férmions, as massa e misturasdos neutrinos. Nesta linha estudamos alguns modelos alternativos e extensões teóricas do Modelo Padrão e as implicações experimentais para os aceleradores de partículas de altas energias. Outras atividades de pesquisa nesta linha envolvem o entendimento quantitativo da evolução temporal de campos quânticos fora do equilíbrio, dinâmica das transições de fase e sistemas metaestáveis, teorias de campo efetivas para QCD, a equação de estado e estrutura de fase da matéria interagindo fortemente, física de hádrons, dinâmica da QCD, física do LHC e do RHIC e física das colisões hadrônicas ultra-relativísticas em geral.

Física Experimental de Altas Energias

A Física Experimental de Altas Energias tem como objetivo principal desvendar a estrutura íntima da matéria, buscando determinar quais são os seus constituintes fundamentais e como eles interagem entre si. Com este objetivo tem sido construído aceleradores de partículas cada vez maiores e mais sofisticados. O Large Hadron Collider (LHC) do CERN é o maior acelerador de partículas já construído. Com energia e luminosidade sem precedentes, e LHC tem como objetivos a confirmação do Modelo Padrão e/ou a busca por uma Nova Física. Dois pesquisadores do Programa de Pós-Graduação em Física fazem parte da Colaboração ATLAS, um dos experimentos do LHC, e têm acesso aos dados coletados por este experimento. O maior foco de interesse aqui é a busca por novas partículas, previstas por modelos de extensões ao Modelo Padrão. Esta é uma linha de pesquisa inédita no estado de Minas Gerais.