Featured paper: Virtues of a bad metal.


[Paper: Electronic localization and bad-metallicity in pure and electron-doped troilite: A local-density-approximation plus dynamical-mean-field-theory study of FeS for lithium-ion batteries. Craco, L; Faria, JLB. J. Appl. Phys. 119, 085107 (2016); http://dx.doi.org/10.1063/1.4942843]

Virtues of a bad metal

Computer image of the troilite crystal structure (FeS) with lithium ion insertion. The image, produced by Professor Jorge Faria, began with the modeling of pure troilite. Subsequently, numerical analyses were carried out by local density approximation (LDA) using methods based on the functional density theory (DFT) to obtain the network parameters with different concentrations of lithium and by observing its most stable position in the unit cell.

Because of their numerous advantages, rechargeable lithium-ion batteries are the most commonly used to power portable electronic devices (smartphones, tablets, laptops…). In addition, these batteries have great potential to be used in electric cars and in other applications.

Motivated by the potential application of iron sulfides (FeS) to be used as electrodes for next generation lithium-ion rechargeable batteries, Luis Craco, professor at the Institute of Physics of the Brazilian Federal University of Mato Grosso (IF-UFMT), undertook, along with his colleague, Jorge Luiz Brito de Faria, a theoretical study on the behavior of troilite (a phase of iron sulfide that is an insulator at ambient pressure and temperature) doped with lithium ions.

In the study, Craco and Faria sought to understand what happened in troilite after the electronic doping – a procedure that can transform an insulator into semiconductor or bad metal by inserting atoms (lithium ions) causing a structural reorganization of the material, by introducing electrons into it.

High-Performance Computing Cluster of IF-UFMT: the calculation time can be shortened using parallel processing.

The work began with a series of calculations by first-principles based on the density functional theory (DFT) performed by Jorge Faria. These calculations use crystal structure data obtained experimentally. Next, Luis Craco carried out a detailed study using calculations based on dynamical mean-field theory (DMFT), to study the effect of electronic correlations between electrons in different orbitals (regions around the nucleus of an atom in which an electron has some probability of being found). In these correlations, a change experienced by an electron in an orbital causes a related change in another electron from another orbital. Correlated electrons act coordinately, although they are spatially separated. According to Luis Craco, “We should bear in mind that the theoretical description introduced in this work is entirely new in the context of troilite and its derivatives, as well as in other compounds containing iron and sulfur as constituent elements”.

In a recently published paper in the Journal of Applied Physics, the professors from UFMT reported a description of the electronic and transport properties of the doped troilite and showed that the material exhibits unconventional behavior. In fact, although the iron sulfide is an insulator even with high concentrations of lithium, their computer simulations showed the emergence of metallic states after high electron doping. Near this insulator-metal transition state, the material can be classified as a Mott insulator. Furthermore, the authors found that the metal states emerged only in certain atomic orbitals, which is the behavior of a bad metal; in other words, a different behavior from that expected from a metal within consolidated theories in Physics.

Being a bad metal, however, does not imply being banned from the overall applications. On the contrary, according to the article, the inconsistent behavior of electrons in the doped iron sulfide can be used to achieve unconventional optical and transport effects within room temperature and pressure.

“This work is a continuing effort involving many researchers in Brazil and abroad, which aims to clearly demonstrate that systems with correlated electrons represent an important class of materials for various technological applications”, said Professor Craco.

“Now we hope the scientific community, related to the physics of correlated electron systems and / or materials physics, for example, becomes aware of our study and results, and that in the near future corroborates our theoretical description of the electronic properties and unconventional transport in electron-doped troilite, thereby consolidating the relevance of our study for future applications of troilite and its derivatives in renewable energy storage or to generate new unconventional non-Fermi liquid electronic phases, with great contemporary scientific and technological appeal”, concludes Craco.

The research was funded by the Brazilian National Council for Scientific and Technological Development (CNPq).

Processo seletivo para mestrado e doutorado em Física e Química de Materiais na UFSJ (MG).


O Programa de Pós-graduação em Física e Química de Materiais (FQMat) divulga o Edital 001/2014 do processo seletivo – 2° semestre de 2014, para preenchimento de vagas de mestrado e doutorado.

As inscrições acontecerão no período de 18 a 27 de junho de 2014, 15h às 17h, Sala 3.05 do bloco C do Departamento de Ciências Naturais, Campus Dom Bosco – São João del Rei. As inscrições podem ser feitas via Sedex, desde que a correspondência seja postada até o dia 25 de junho de 2014.
Para mais informações sobre inscrição, documentos necessários, datas das provas e preenchimento da GRU, confira o edital no link
http://www.ufsj.edu.br/fqmat/processo_seletivo.php

Outras informações pelo telefone (32) 3379-2535 , (32) 3379-2444 ou pelo e-mail fqmat@ufsj.edu.br.

Entrevista com o professor Sergio Machado Rezende, vencedor do Prêmio FCW de Ciência.


Crédito: Leo Ramos.

O professor Sergio Machado Rezende, pesquisador da área de Física de Materiais e ex-gestor (como ele diz) de ciência e tecnologia, recebeu, na noite de 17 de junho deste ano, o Prêmio FCW de Ciência, da Fundação Conrado Wessel. Membro da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais, Rezende teve importante participação na criação da nossa SBPMat.

O prêmio recebido por Rezende em cerimônia na Sala São Paulo reconhece perfis renomados em ciência, com qualidades de talento inovador, liderança, abrangência social, trabalho incansável, integridade e ética. Os candidatos são indicados por instituições reconhecidas do país. No caso de Rezende, a indicação partiu da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), onde ele é professor titular do Departamento de Física desde 1972.

Nascido no Rio de Janeiro, Sergio Rezende se formou em Engenharia Eletrônica em 1963 pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) e obteve o mestrado e o doutorado, ambos em Engenharia Eletrônica-Ciência de Materiais, no Massachusetts Institute of Technology (MIT), nos Estados Unidos. De volta ao Brasil, e antes de entrar na UFPE, foi professor associado da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) e professor titular da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Em gestão de ciência e tecnologia, foi presidente da Finep entre 2003 e 2005 e ministro da Ciência e Tecnologia de 2005 a 2010. Antes de assumir a Presidência da Finep, ocupou os cargos de diretor científico da Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia de Pernambuco (Facepe); secretário de Ciência, Tecnologia e Meio Ambiente do Estado de Pernambuco, e secretário do Patrimônio, Ciência e Cultura da Prefeitura de Olinda, além de chefe do Departamento de Física e diretor do Centro de Ciências Exatas da UFPE.

Dentro da sua atuação acadêmica, desenvolvida quase sempre em paralelo à sua atuação como gestor público, o professor Rezende orientou 36 trabalhos de mestrado e de doutorado e publicou mais de 230 artigos científicos em revistas de circulação internacional.

Entre outras distinções, Sergio Rezende recebeu, em 1995, a Comenda da Ordem do Mérito Científico, categoria Grã-Cruz, por suas relevantes contribuições à ciência e tecnologia, e, em 2001, o Prêmio Anísio Teixeira da Capes, homenagem a personalidades brasileiras que tenham contribuído de modo relevante para o desenvolvimento da pesquisa e formação de recursos humanos no país. Rezende também foi distinguido, em 2011, com a primeira palestra memorial “Joaquim Costa Ribeiro”, honraria outorgada pela SBPMat.

Segue uma breve entrevista com o professor.

Boletim da SBPMat (B. SBPMat): – Quais são, na sua avaliação, as suas principais contribuições/ ações de maior impacto para a ciência no Brasil, seja no seu papel de pesquisador e formador de pessoas, seja no seu papel de gestor público?

Sergio Machado Rezende (S.M.R.): – Eu gostaria de destacar duas, uma como pesquisador e outra como gestor no cargo mais alto que ocupei.
A primeira foi o meu papel na implantação de um grupo de pesquisa em Física na Universidade Federal de Pernambuco, iniciada em 1972, num lugar onde não havia pesquisa em Física anteriormente. Eu fui o primeiro doutor na área de Física da universidade. Com meus colegas conseguimos formar um grupo que faz pesquisa na fronteira do conhecimento, temos ótimos laboratórios e estamos contribuindo na formação de engenheiros (Física básica) e formando bons físicos em nossos programas de graduação e pós-graduação. Isso mostra que é possível fazer no Brasil uma instituição de ensino e pesquisa de bom nível, num local sem tradição na área, desde que haja determinação, pessoas qualificadas e apoio do governo.
A segunda foi na minha atuação no Ministério da Ciência e Tecnologia, onde, com grande articulação da comunidade científica, empresarial e do governo, fizemos um plano de ação de ciência, tecnologia e inovação que foi bem sucedido, com prioridades claras, linhas de ação abrangentes e programas bem articulados, que possibilitaram grande aumento nos recursos financeiros federais e estaduais.

B.SBPMat: – Após muitos anos conciliando o trabalho de gestor público com o de professor e pesquisador, já de volta à vida de cientista em tempo integral, conte-nos um pouco sobre seus projetos e interesses atuais, principalmente os referentes à pesquisa em Materiais.

S.M.R.: – Eu praticamente sempre trabalhei com materiais magnéticos. Fiz poucos trabalhos que não envolveram materiais magnéticos. Nos últimos tempos tenho me dedicado a uma área do magnetismo que se chama spintrônica. É uma área muito nova, que está desenvolvendo rapidamente. Já tem algumas aplicações tecnológicas muito difundidas, mas tem um potencial de aplicações muito grande. A spintrônica ainda está numa fase inicial de desenvolvimento, então seus desafios científicos são muito interessantes e estão na fronteira do conhecimento. É muito estimulante para um cientista ter a possibilidade de trabalhar numa área que é competitiva, que tem muita gente trabalhando e que está crescendo rapidamente.

B.SBPMat: – O senhor sempre pesquisou materiais magnéticos e propriedades magnéticas. Qual é a sua apreciação da evolução dessa área e de seus principais desafios?

S.M.R.: – Os materiais magnéticos, como se sabe, têm muitas aplicações tecnológicas, e algumas delas são muito antigas. Desde que o motor elétrico, o gerador e os transformadores foram inventados no século XIX, a eletricidade passou a ser muito presente em nossa vida. Os materiais magnéticos são essenciais para todos eles, assim como para muitos outros dispositivos e equipamentos, divididos em duas classes bem distintas, os ímãs permanentes, que retêm sua magnetização, e os materiais moles, que são facilmente desmagnetizados. Existe uma terceira categoria de aplicações de materiais magnéticos que exige propriedades intermediárias entre os dois, é na gravação magnética, usada hoje principalmente nos discos rígidos dos computadores. Nessas três áreas de aplicações, são os resultados da pesquisa em Física, Química e Engenharia de Materiais que têm possibilitado o desenvolvimento de materiais melhores, com maior capacidade e em volumes menores.
Por exemplo, hoje os ímãs de terras raras que foram desenvolvidos nos últimos quinze a vinte anos são essenciais para se fazer motores e geradores de alta eficiência, empregados nos carros elétricos e nos geradores de turbinas eólicas. As turbinas eólicas, que são usadas para gerar energia a partir do vento, hoje têm capacidade de geração muito alta, graças em grande parte ao desenvolvimento de ímãs de terras raras.
Na área de gravação magnética, nós vemos a evolução em nosso dia-a-dia. A cada ano, a capacidade de memória do disco rígido dos novos computadores é maior. E nós queremos mais memória para armazenar mais informação. A grande evolução na capacidade de armazenamento dos computadores é resultado, exatamente, da pesquisa e desenvolvimento dos materiais magnéticos usados na gravação e também da cabeça de leitura da informação gravada. Todos os computadores atuais usam na cabeça de leitura um sensor de spintrônica, que utiliza um fenômeno chamado magneto-resistência gigante (GMR). É interessante lembrar que a GMR foi descoberta em 1989 por uma equipe da Universidade de Paris em Orsay, do qual fazia parte Mario Baibich, físico da UFRGS, que foi o primeiro autor do artigo científico que relatou a descoberta.

B.SBPMat: – Gostaria de deixar alguma mensagem para nossos leitores que estão iniciando suas carreiras de cientistas?

S.M.R.: – Há quarenta anos, quando eu vim para Pernambuco, os recursos para ciência eram muito menores do que são agora, o ambiente na universidade não favorecia muito a pesquisa, havia muito poucos pesquisadores, não havia programas de pós-graduação. Mas a situação mudou muito nos últimos quarenta anos. Então, o que eu quero dizer para o jovem que começa sua carreira atualmente é que dificuldades ainda existem, mas elas são hoje muito menores do que na época em que eu estava começando minha carreira. E que a coisa mais importante para um jovem é não desanimar. É preciso enfrentar os problemas com disposição. É preciso entender que o Brasil tem um futuro muito amplo e que a ciência e a tecnologia vão ser cada vez mais importantes para nosso desenvolvimento. O jovem precisa ter consciência de que vai ter um papel importante no futuro e precisa ter confiança para não desanimar com as dificuldades que, como disse antes, são muito menores hoje do que no passado.

Processo Seletivo da Pós-graduação em Física e Química de Materiais da UFSJ (MG)


Já estão abertas as inscrições para o processo de seleção dos cursos de Mestrado e Doutorado em Física e Química de Materiais da Universidade Federal de São João del Rei (UFSJ).

Interessados devem comparecer, até o dia 2 de agosto, das 9h às 11h e das 14h às 17h, na Secretaria do Programa FQMat, Sala 2.19, Bloco A do Departamento de Ciências Naturais (DCNAT), Campus Dom Bosco – São João del-Rei. A taxa de inscrição é de R$ 75.

Confira o edital no link www.ufsj.edu.br/fqmat/processo_seletivo.php.

Mais informações pelo telefone (32) 3379-2535 ou pelo e-mail fqmat@ufsj.edu.br.