Cid Bartolomeu de Araújo nasceu no Recife em 1945. Quando cursava o ensino secundário desenvolveu uma forte predileção pela Física. Contudo, ele não teve a possibilidade de escolher esse curso na graduação porque ainda não era oferecido em Pernambuco nos anos de 1960.

Graduou-se em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) em 1968. Na sequência, fez mestrado em Física na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). Depois de obter o diploma de mestre, tornou-se professor adjunto da UFPE, onde participou ativamente da criação e desenvolvimento do Departamento de Física. Simultaneamente iniciou seu doutorado, mais uma vez na PUC-Rio. Obteve o diploma de doutor em Física em 1975.

Ao longo de 1976 e 1977, ele fez pós-doutorado na Harvard University (EUA), no grupo de pesquisa de Nicolaas Bloembergen, que, naquele momento, tinha um dos melhores laboratórios do mundo na Óptica Não Linear (área do conhecimento dedicada ao estudo de fenômenos que ocorrem quando luz de alta intensidade interage com a matéria). Bloembergen seria laureado com o Prêmio Nobel de Física em 1981.

De volta ao Brasil em 1978, o professor Cid criou o Laboratório de Óptica Não Linear, que colocou a UFPE no mapa mundial dessa área de pesquisa. Desde então, Cid de Araújo vem contribuindo ao avanço da fronteira científica e à formação de recursos humanos. Produziu cerca de 350 artigos publicados em revistas científicas internacionais e orientou quase 100 mestres, doutores e pós-docs. A sua produção científica conta com mais de 9.300 citações, segundo o Google Scholar. Em 2020, o professor Cid, cujo índice h é de 48, foi elencado entre os 100 mil cientistas mais influentes do mundo em ranking publicado na revista Plos Biology.

Hoje Professor Emérito da UFPE, Cid de Araújo foi Professor Titular da universidade de 1989 até 2013. Foi Professor Visitante na Université d’Angers (França) e Pesquisador Visitante na Universidade Estadual de Campinas, École Polytechnique (França), Université Paris-Nord (França) e IBM Thomas J. Watson Research Center (EUA).

O cientista é Membro Titular da Academia Brasileira de Ciências e Academia Pernambucana de Ciências, e Fellow da Optical Society of America (OSA) e da TWAS (The World Academy of Sciences). É Membro da Ordem Nacional do Mérito Científico nas classes Grã Cruz e Comendador.

Em 2003, recebeu o prêmio Galileu Galilei, concedido anualmente pela International Commission for Optics (ICO) em reconhecimento a contribuições notáveis no campo da Óptica, alcançadas em circunstâncias comparativamente desfavoráveis. O professor Cid é o único brasileiro entre os 27 cientistas que receberam a medalha até o momento.

Em 2020, a SBPMat concedeu a Cid de Araújo a Palestra Memorial Joaquim da Costa Ribeiro -honraria outorgada anualmente desde 2011 a um cientista com destacada trajetória no Brasil. Dessa forma, o professor Cid proferirá uma palestra na abertura do XIX B-MRS Meeting + IUMRS ICEM, que será realizado em formato virtual de 30 de agosto a 3 de setembro deste ano. Na ocasião, ele falará sobre nanocompósitos plasmônicos (fundamentos, síntese, propriedades ópticas lineares e não lineares e aplicações), tema de pesquisa que tem ocupado o cientista e seu grupo nos últimos tempos.

Leia nossa entrevista com Cid de Araújo.

Boletim da SBPMat:- Conte-nos o que o levou a se tornar um cientista e, em particular, a atuar na área de propriedades ópticas de materiais. 

Cid de Araújo: – Não tenho uma resposta objetiva para esta pergunta… Com certeza não foi influência familiar. Minha mãe era “dona de casa” e meu pai era comerciante. Ele queria que me tornasse comerciante assim como ele. Quase me convenceu, mas a influência da escola foi maior. Eu gostava de Física e Matemática quando estava no curso secundário. Também gostava da disciplina de História e costumava ler biografias de grandes cientistas (físicos, astrônomos, matemáticos…). Quando fiz o vestibular escolhi o curso de Engenharia Elétrica (EE) porque dentre as opções possíveis no Recife, em 1964, a EE era a que parecia ter uma componente científica maior do que as outras engenharias. Durante os dois primeiros anos do curso senti que gostava mesmo da Física. A partir do quinto semestre conclui que deveria estar num curso de Física; as disciplinas do curso profissional de EE não me agradavam. Mas, no Recife não existia curso de Física. Felizmente outros colegas também se sentiam atraídos pela Física e juntamente com alguns professores de Física da Escola de Engenharia, passamos a estudar informalmente as disciplinas que formam o núcleo do Bacharelado em Física. Simultaneamente continuei o curso de EE que conclui em dezembro de 1968.

A preferência pela Física do Estado Sólido (atualmente chamada Física da Matéria Condensada) cresceu durante a graduação em EE devido à leitura de artigos de divulgação científica sobre propriedades elétricas e magnéticas de materiais.

Ao concluir a graduação, graças a contatos prévios com dois professores da PUC-Rio (Alceu Pinho e Erasmo Ferreira), viajei para o Rio de Janeiro, em janeiro de 1969, para cursar a PG em Física. No mestrado fiz experiências que combinavam micro-ondas e luz para estudar propriedades de cristais ferromagnéticos. Um artigo resultante foi publicado na Solid State Communications (em 1972) e os coautores foram Sergio Costa Ribeiro e Sergio Machado Rezende. Como o artigo foi redigido quando eu já estava contratado no Recife, constou do artigo o meu endereço na UFPE e este foi o primeiro artigo em Física do Estado Sólido com endereço da UFPE na literatura. Posteriormente, no projeto de doutorado, desenvolvi trabalhos onde explorei analogias entre processos não lineares de magnons ferromagnéticos e teoria de lasers e amplificadores paramétricos ópticos. No pós-doutorado comecei a trabalhar em Óptica Não linear e fiz aplicações à Física de Materiais (alguns líquidos e semicondutores). A escolha pelo pós-doutorado na Harvard University, com Nicolaas Bloembergen, foi motivada pelo fato de que ele foi um dos pioneiros da ressonância magnética não linear e em continuação se tornou um dos pioneiros da Óptica Não Linear.

Boletim da SBPMat: – Do ponto de vista das descobertas científicas, plasmadas na publicação de artigos ou pedidos de patentes, quais são, na sua avaliação, as suas principais contribuições e por que as considera mais relevantes? Ou então, quais são as suas favoritas e por que você gosta muito delas?

Cid de Araújo: – Eu sou físico experimental, mas minha tese de doutorado resultou na publicação de cinco artigos teóricos. Os problemas de infraestrutura no Recife contribuíram para que realizasse trabalhos teóricos. Estávamos construindo laboratórios a partir de salas vazias. Fiquei muito feliz com estes artigos pois foram publicados em boas revistas científicas e assim consegui concluir a tese de doutorado que foi apresentada na PUC-Rio em 1975. Estas não são as publicações mais importantes do meu curriculum, mas representam uma contribuição relevante na história do Departamento de Física-UFPE.

Ao voltar do pós-doutorado em janeiro de 1978, e até o presente, tenho trabalhado sempre com vários colaboradores (estudantes e colegas professores). Assim, em 1978, enquanto iniciava a montagem do Laboratório de Óptica Não Linear, comecei a interagir fortemente num outro laboratório, com um dos professores do DF-UFPE que estava fazendo o doutorado (Erivaldo Montarroyos) usando a técnica de Espalhamento Raman para estudar materiais antiferromagnéticos. A série de trabalhos que resultou deste projeto foi importante para o desenvolvimento da área na UFPE. Também interagi com outros estudantes que entraram posteriormente nesta linha de pesquisa; os trabalhos experimentais foram realizados integralmente no Recife no período de 1978 a 1985. Naquela época fazer Física Experimental no Recife ainda era uma aventura. Neste mesmo período, juntamente com meu colega José Rios Leite, publicamos na Chemical Physics Letters, em 1980, um artigo teórico com a previsão de um novo efeito de Óptica Não Linear: a absorção simultânea de dois fótons por um par de átomos interagentes. A realização experimental deste trabalho não era possível nos laboratórios existentes na época. O efeito foi observado pela primeira vez no ano 2002 por um grupo suíço-alemão que, tirando proveito das técnicas modernas de preparação de nanomateriais e técnicas de nano-óptica, observou o fenômeno utilizando um sólido orgânico (para-terfenil) dopado com moléculas de terrileno (um corante orgânico). O artigo saiu na capa da revista Science [vol. 298; issue 5592 (2002)]. Foi estimulante saber que o efeito que havíamos previsto foi observado 22 anos após a nossa proposta e que nosso artigo teórico recebeu os créditos devidos. Posteriormente, em 2012, este mesmo efeito foi observado num vapor de sódio e publicado na Physical Review Letters [108, 253004 (2012)] pelo grupo do Vanderlei Bagnato, em São Carlos. Ou seja: é um fenômeno básico que pode ser observado não apenas na matéria condensada como também num vapor atômico e outros sistemas ainda não estudados. Existem na literatura algumas propostas para estudo do efeito em diferentes situações.

Um conjunto de trabalhos que gosto muito está relacionado com a observação, o entendimento e aplicações de fenômenos ópticos em compósitos plasmônicos (vidros e coloides com nanopartículas metálicas). Estes são trabalhos mais recentes nos quais exploramos a contribuição de plasmons superficiais em nanopartículas de prata (ou ouro) e sua aplicação em estudos relacionados com luminescência, com lasers aleatórios (random lasers), com a propagação de sólitons espaciais e alguns outros fenômenos de instabilidades ópticas influenciados por plasmons. Publicamos vários artigos nesta área e uma revisão de alguns trabalhos publicados pode ser vista em Advances in Optics and Photonics 9 (2017) 720-774. Esta pesquisa tem continuidade no presente e prosseguimos colocando um grande esforço nesta área com publicações recentes.

Boletim da SBPMat: – Do ponto de vista da formação de pesquisadores, criação de laboratórios e demais aspectos da carreira de pesquisador, quais são as suas realizações que tiveram mais impacto e/ ou que lhe deram maior satisfação? 

Cid de Araújo: – Do ponto de vista institucional considero que fiz um trabalho muito importante juntamente com os colegas que constituímos o primeiro grupo de pesquisa em Física no Recife, em 1971. Também em 1971 iniciamos a implantação do curso de Bacharelado em Física. Este grupo incluiu Ivon Fittipaldi, Mauricio Coutinho, Marco Moura e Sergio Rezende. O colega José Rios Leite que participou do projeto inicial, incorporou-se ao DF somente após completar o doutorado no MIT em 1977. Fazíamos pesquisa, ensino e administração, visando estabelecer um novo centro de pesquisas em Física. Felizmente fomos bem-sucedidos e progressivamente fomos incorporando novos professores que ajudaram a consolidar o projeto. Entre 1973 e 2013 eu assumi várias posições administrativas: Chefia do DF-UFPE, Coordenação da Graduação em Física, Coordenação da Pós-Graduação em Física, Coordenação da Pós-Graduação em Ciência de Materiais, e Direção do Centro de Ciências Exatas e da Natureza que além do DF reunia os Departamentos de Química Fundamental, Matemática, Estatística e Informática.

Do ponto de vista da pesquisa tive a oportunidade de implantar um dos primeiros laboratórios de Óptica Não Linear no País. Este laboratório está em operação desde 1978 e desde o início se manteve em atividade contribuindo para formação de estudantes de iniciação científica e de pós-graduação. Até o presente foram cerca de 40 estudantes de Iniciação Científica, 44 estudantes de mestrado, 27 estudantes de doutorado, e 20 pós-doutorandos. Estes ex-estudantes trabalham atualmente em vários Estados brasileiros, alguns no DF-UFPE, e alguns no exterior (Canada, EUA, Colômbia, Peru, Uruguai, China e Índia) como líderes de pesquisa.

Nos 43 anos de existência do Laboratório conseguimos introduzir no País várias técnicas de pesquisa experimental em Óptica Não Linear e Fotônica, novos temas científicos e conseguimos contribuir para o avanço significativo de algumas fronteiras desta área.

Atualmente o Departamento de Física da UFPE está completando 50 anos de atividades de pesquisa e ensino de PG. A atuação do DF foi irradiadora para vários Estados, especialmente das regiões Nordeste e Norte do País. Sou feliz pela oportunidade de participar desta história.

Até o presente venho contribuindo para a comunidade de Física participando de comissões das agências de financiamento à pesquisa (do Brasil e exterior), coordenando projetos de pesquisa e eventos científicos com abrangência nacional e internacional. Espero continuar realizando pesquisas por mais vários anos.

Boletim da SBPMat: – Agora convidamos você a deixar uma mensagem para os leitores que estão iniciando suas carreiras científicas.

Cid de Araújo: – Considero que a escolha de uma profissão deve ser baseada na atração que a atividade profissional exerce na pessoa e isto vale principalmente com relação à atividade científica. Entretanto, não basta isso. Além da atração pela profissão, é necessária uma formação sólida no conteúdo específico da área de atuação e nos fundamentos. A capacidade de trabalhar em equipe, capacidade de transmitir conhecimentos, cultura geral e habilidade no relacionamento com pessoas são requisitos muito importantes. O trabalho científico exige esforço e muita dedicação, mas os desafios intelectuais servem como permanente estímulo.

CV Lattes do Prof Cid de Araújo: http://lattes.cnpq.br/7109489698613515 

[Texto de divulgação elaborado por Christoph Deneke, Leonarde do Nascimento Rodrigues e Angelo Malachias, coautores da pesquisa, com pequenas edições do Boletim da SBPMat.]

Alterar as propriedades dos materiais, como a capacidade de conduzir corrente ou a sua resposta óptica, por meio da deformação do material resultante da aplicação de uma tensão elástica, tem sido um recurso de uso constante na tecnologia de semicondutores. Conjuntamente, diversos pesquisadores têm utilizado esse mecanismo para controlar propriedades de natureza fundamental de materiais distintos e descobrir novas possibilidades de aplicação tecnológica. Para tal finalidade, materiais semicondutores com espessura nanométrica são especialmente adequados, pois se tornam compatíveis com dispositivos já existentes e flexíveis, em razão da sua espessura reduzida. Até o momento, realizava-se essa engenharia de deformação por meio da aplicação de um potencial externo a fim de controlar a tensão elástica sobre as membranas ultrafinas, alterando-se, com sucesso, propriedades fundamentais como a estrutura de banda do material (a distribuição dos níveis de energia dos elétrons dentro do material).

Uma equipe de pesquisadores da universidades brasileiras demonstrou que é possível alterar fundamentalmente as propriedades ópticas de uma membrana semicondutora mediante a sua integração em um sistema curvo, ou seja, uma estrutura com geometria tubular (tubos enrolados – rolled-up tubes). Os autores usaram uma tecnologia bem estabelecida de liberação e enrolamento de um sistema de camadas tensionadas. A fim de minimizar a energia elástica, as camadas tensionadas, ao serem liberadas, evoluem para um estado de equilíbrio formando espontaneamente uma estrutura tridimensional, cuja configuração final é um tubo.

As etapas de fabricação das nanoestruturas curvas  estão ilustradas na imagem acima. Inicialmente, a equipe produziu um único cristal composto por diferentes materiais. Em seguida, realizou-se a transferência de um padrão (desenho) geométrico em forma de “U” para a superfície da estrutura empregando a técnica de fotolitografia – o mesmo tipo de tecnologia utilizada na produção de chips de computador. A última etapa do processo é responsável pela configuração final em forma de tubo do material por intermédio da remoção seletiva de uma camada “de sacrifício” previamente introduzida abaixo do sistema de camadas de interesse. As imagens à esquerda da Figura 1(a-d) representam as etapas de fabricação dos tubos, enquanto à direita da figura (f-g) são exibidas as imagens de microscopia óptica e eletrônica, respectivamente, das estruturas obtidas.

“Desde 2001, eu estou trabalhando com esse tipo de sistema. Já sabemos que as propriedades de fontes de luz quânticas incorporadas mudam com o enrolamento. Mas, até este trabalho, nós tínhamos usado materiais que foram pouco afetados pela mudança geométrica”, relata o professor Christoph Deneke, da Unicamp. Seu colaborador de longa data, professor Angelo Malachias, acrescenta: “Ao usar o material InGaAs em vez de GaAs, nós conseguimos uma mudança completa da estrutura eletrônica do material e da emissão de luz da estrutura integrada na parede do tubo. O controle da estrutura de banda evidenciada no trabalho é de grande interesse tecnológico no campo de dispositivos ópticos”. Para investigar essas mudanças, medidas ópticas foram realizadas em colaboração com os professores Odilon Divino Damasceno Couto Júnior e Fernando Iikawa, da Unicamp. Ao utilizarem técnicas de espectroscopia óptica para medir a polarização da luz (o plano de vibração da luz), os autores descobriram que a resposta apontava para mudanças fundamentais da fonte de luz.

A imagem abaixo mostra o espectro obtido para uma estrutura de referência (em sua forma plana) e na nova forma enrolada.

“Com o desaparecimento de qualquer polarização da luz emitida pelas camadas enroladas, que inclui a camada de InGaAs, nós observamos que a estrutura eletrônica e as propriedades ópticas sofreram mudanças de natureza fundamental. E conseguimos isso sem recorrer à aplicação de um potencial externo para controlar a expansão e compressão do material. A formação espontânea dessas estruturas tubulares é uma maneira elegante de induzir um estado híbrido de compressão e expansão, que por sua vez induz novos efeitos”, explica o professor Leonarde do Nascimento Rodrigues, que trabalhou no sistema durante seu pós-doutoramento em conjunto com o professor Deneke. Cálculos teóricos mostram que o efeito pode ser esperado para todos os tipos de sistemas curvos fabricados em uma configuração de tubos com base no sistema de material usado.

Emissores quânticos de luz baseados nos materiais InGaAs e GaAs já são utilizados. Basicamente, todos os lasers usados na comunicação por fibra óptica baseiam-se nesta classe de materiais, constituindo uma espinha dorsal da comunicação pela Internet, fato pouco conhecido pela maioria das pessoas. À vista disso, as fontes de luz fabricadas com o material mencionado, cujas propriedades podem ser alteradas e controladas, são de grande interesse para os próximos patamares do desenvolvimento da tecnologia, os quais são representados, por exemplo, pela informação quântica e computação quântica. O fato de que essas estruturas semicondutoras em forma de tubo podem ser transformadas em um dispositivo emissor de luz (laser), juntamente com a habilidade de alterar e controlar as propriedades físicas sem a necessidade de qualquer fonte de tensão externa, proporcionam uma engenharia moderna que aponta na direção de potenciais aplicações acerca de emissores de luz e outros campos da ciência. Além disso, os resultados apresentados pelos autores, provenientes do comportamento geométrico tubular da estrutura, podem ser utilizados como um modelo para outros sistemas físicos baseados em diferentes materiais semicondutores como o silício (Si), que continua sendo o material mais importante da tecnologia de informação.

O trabalho foi em grande parte apoiado pela FAPESP e CNPq. As amostras foram crescidas e processadas no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano/CNPEM). As medidas de difração de raios X foram realizadas no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS/CNPEM). As medidas de espectroscopia óptica foram realizadas no Grupo de Propriedades Ópticas do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp.

Referência do artigo científico: Rolled-Up Quantum Wells Comprised of Nanolayered InGaAs/GaAs Heterostructures as Optical Materials for Quantum Information Technology.  Leonarde N. Rodrigues, Diego Scolfaro, Lucas da Conceição, Angelo Malachias, Odilon D. D. Couto Jr., Fernando Iikawa, Christoph Deneke. ACS Applied Nano Materials 2021, DOI: 10.1021/acsanm.1c00354. Disponível na modalidade de acesso aberto em https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c00354.

Contato do autor correspondente: Prof Chistoph Deneke (UNICAMP) – cdeneke@ifi.unicamp.br.

Está aberta até 25 de abril a submissão de resumos para apresentação de trabalhos no XIX B-MRS Meeting + IURMS ICEM 2021, que será realizado em formato virtual de 30 de agosto a 3 de setembro deste ano. As inscrições para participar do evento também estão abertas e têm valores promocionais até 30 de julho.

O evento reúne a 19ª edição do encontro anual da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat) e a 17ª  edição da conferência bienal internacional sobre materiais eletrônicos organizada pela União Internacional de Sociedades de Pesquisa em Materiais (IUMRS).

Interdisciplinar e internacional, o evento é dedicado à apresentação e discussão, em idioma inglês, dos avanços científicos e tecnológicos alcançados no campo dos materiais. Nas últimas edições, o B-MRS Meeting tem reunido cerca de 1.500 participantes de diversos pontos do Brasil e de dezenas de outros países.

Simpósios temáticos

Esta edição do evento conta com 24 simpósios temáticos, dentro dos quais pesquisadores e estudantes do Brasil e do exterior podem submeter resumos de seus trabalhos para apresentação oral ou em forma de pôster.

Os simpósios abrangem um amplo leque de temas de pesquisa em Materiais, desde o design até as aplicações, passando pela síntese, fabricação, modificação e caracterização dos materiais. Diversos materiais estão contemplados nos simpósios: polímeros condutores, hidrogéis, materiais híbridos e nanocompósitos, nanomateriais, óxidos metálicos, eletrocerâmicas, biomateriais, supercondutores e materiais quânticos, entre outros. Com relação às aplicações, serão abordados os avanços em materiais para coleta e armazenamento de energia, petróleo e gás, descontaminação, odontologia e medicina, eletrônica, fotônica. Também serão discutidos nos simpósios os avanços em matéria de toxicologia de nanomateriais e sua respectiva regulamentação. Finalmente, o evento contará com um simpósio organizado pelos University Chapters da SBPMat sobre pesquisa, empreendedorismo e futuro.

Os simpósios do XIX B-MRS Meeting são coordenados por pesquisadores de diversos pontos do Brasil, bem como da Alemanha, Argentina, Canadá, Dinamarca, Estados Unidos, França, Índia, Israel, Japão, Noruega, Portugal, Suécia, Reino Unido e Uruguai. O coordenador geral do evento é o professor Gustavo Martini Dalpian, da Universidade Federal do ABC (UFABC).

Nos simpósios temáticos, o evento contará com apresentação oral de trabalhos, sessões de pôsteres e palestras convidadas de pesquisadores de renome internacional. O evento também contará com sete palestras plenárias de cientistas internacionalmente renomados: Alex Zunger (University of Colorado Boulder, EUA), Edson Leite (LNNano, Brasil), Hideo Hosono (Tokyo Institute of Technology, Japão), John Rogers (Northwestern University, EUA), Luisa Torsi (Università degli Studi di Bari “A. Moro”, Itália), Tao Deng (Shanghai Jiaotong University, China), Thuc-Quyen Nguyen (University of California Santa Barbara, EUA). A tradicional Palestra Memorial Joaquim da Costa Ribeiro será proferida pelo professor Cid Bartolomeu de Araújo (UFPE).

Prêmios

Os melhores trabalhos de cada simpósio apresentados por estudantes de graduação ou pós-graduação serão distinguidos no final do evento com prêmios da SBPMat, dentro do Bernhard Gross Award. Além disso, a ACS Publications (editora da American Chemical Society) outorgará prêmios em dinheiro, de R$ 2.000 cada um, aos cinco melhores pôsteres e cinco melhores apresentações orais de todo o evento. Para se candidatarem aos prêmios, os autores deverão submeter um resumo estendido adicional ao convencional, após serem notificados da aceitação do trabalho no evento.

Site do evento: https://www.sbpmat.org.br/19encontro/

Dear Colleagues

We are very happy to announce that the abstract submission for the XIX B-MRS Meeting + IUMRS ICEM 2021 is open. Submissions can be done until April 25.

The event, organized by the Brazilian Materials Research Society (B-MRS) and the International Union of Materials Research Societies (IUMRS), will be held in a virtual format (online) from August 30 to September 3, 2021.

We invite you and your collaborators to submit your abstracts for oral or poster presentation within any of the 24 symposia of the event, covering areas ranging from Biomaterials to Electronic Structure Calculations. These symposia are organized by researchers from Brazil and many other countries, such as Argentina, Canada, Denmark, France, Germany, India, Israel, Japan, Norway, Portugal, Sweden, UK, Uruguay and the USA.

Besides these exciting symposia, that will count with invited speakers and oral and poster presentations, we will also have seven Plenary speakers:
-Alex Zunger (University of Colorado Boulder, USA)
-Edson Leite (LNNano, Brazil)
-Hideo Hosono (Tokyo Institute of Technology, Japan)
-John Rogers (Northwestern University, USA)
-Luisa Torsi (Università degli Studi di Bari “A. Moro”, Italy)
-Tao Deng (Shanghai Jiaotong University, China)
-Thuc-Quyen Nguyen (University of California Santa Barbara, USA).
The Memorial Lecture will be delivered by Cid Bartolomeu de Araújo (UFPE, Brazil).

The B-MRS Meeting is the largest conference in the area of Materials Science in Latin America, and we believe that the online meeting will bring the possibility to even larger participation.

It will be our great pleasure to welcome you all to the virtual XIX B-MRS and 2021 IUMRS- ICEM.

Stay well and take care,

Gustavo Dalpian
Conference Chair

Quando o feixe de luz emitido por um apontador laser atinge uma janela de vidro de alguns milímetros de espessura, uma parte da luz é refratada, o que significa que a velocidade da onda de luz mudou quando ela entrou no vidro. Essa mudança pode ser facilmente quantificada: os índices de refração do ar e do vidro são de cerca de 1,00029 e 1,5, aproximadamente. O fenômeno da refração é bem conhecido; costuma ser ensinado na disciplina de Física no Ensino Médio e se encaixa na chamada Óptica Linear.

A luz emitida pelo apontador laser tem uma potência baixa, de alguns milésimos de watts. Entretanto, quando a potência do laser é muito alta (de dezenas ou milhares de watts), acontecem outros fenômenos na interação entre a luz e o material, os quais são chamados de “não lineares”. Um deles é fazer o vidro agir como uma lente convexa ou côncava. A magnitude desse efeito depende não apenas das características do feixe de luz, mas também do material, e pode ser quantificada pelo índice de refração não linear.

Uma equipe multidisciplinar que reuniu pesquisadores da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), da Universidade Presbiteriana Mackenzie e do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos Estados Unidos (Air Force Research Laboratory, AFRL) conseguiu determinar, pela primeira vez, o coeficiente de refração não linear do ZrTe2 (telureto de zircônio) – material bidimensional, ainda pouco estudado, da família dos metais de transição dicalcogênicos (TMDs, na sigla em inglês). O estudo foi recentemente reportado em artigo publicado na Applied Physics Letters.

Os TMDs têm propriedades elétricas e ópticas únicas que dependem da sua espessura, a qual pode chegar à escala subnanométrica. De fato, camadas extremamente finas, transparentes e flexíveis podem ser produzidas com esses metais, que, logicamente, têm despertado interesse para diversas aplicações. Detalhe importante: para várias dessas aplicações, como, por exemplo, as relacionadas com imageamento médico, as propriedades mais importantes são as do universo da Óptica Não Linear.

Nesse contexto, o professor Anderson Stevens Leonidas Gomes (UFPE) vem desenvolvendo, há cerca de três anos, uma linha de pesquisa voltada ao estudo das propriedades não lineares de TMDs, realizada em colaboração com pesquisadores do AFRL. “Eles preparam o material e nós fazemos a caracterização óptica não linear”, conta o cientista. “O papel de Melissa Maldonado, que realizou doutorado e agora pós-doutorado sob minha supervisão, foi e está sendo essencial, pois ela domina com propriedade as técnicas de caracterização e foi a principal responsável pelos trabalhos nesta linha de pesquisa”, completa.

Vários materiais da família dos TMDs bidimensionais já foram estudados pela equipe. No trabalho publicado na Applied Physics Letters, os pesquisadores do AFRL preparam nanoflocos de telureto de zircônio de cerca de 1 nm de espessura e 50 a 100 nm de comprimento, utilizando um método que se baseia em laminar a superfície de nanopartículas mais espessas. As amostras viajaram do estado de Ohio até São Paulo e chegaram ao Mackenzie, onde foi realizada uma parte da caracterização. Finalmente, as amostras foram enviadas à UFPE, onde suas propriedades ópticas não lineares foram sondadas mediante o uso de um laser emissor de pulsos muito curtos e fortes, que interagiu com os nanoflocos de telureto de zircônio. Depois de realizar uma série de cálculos matemáticos, o professor Gomes e seu grupo conseguiram determinar o coeficiente de refração não linear do material. Mediante simulações computacionais, os autores puderam, ainda, entender a origem do fenômeno e, dessa maneira, abrir possibilidades para controla-lo.

“A principal contribuição científica deste trabalho é medir, de forma inequívoca e apropriada, um dos coeficientes ópticos que indicam a magnitude da não linearidade óptica do material”, diz o professor Anderson Gomes, que é autor correspondente do artigo. “Este coeficiente é importante para definir quais aplicações fotônicas podem ser exploradas neste material”, completa.

O trabalho recebeu apoio financeiro das agências brasileiras federais CNPq e Capes, do INCT Nanocarbono, da Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco (FACEPE) e da agência estadunidense AFOSR. Os autores utilizaram recursos computacionais do Núcleo Avançado de Computação de Alto Desempenho (NACAD) da COPPE/UFRJ.

Referência do artigo científico: Femtosecond nonlinear refraction of 2D semi-metallic redox exfoliated ZrTe2 at 800nm. Melissa Maldonado, Manoel L. da Silva Neto, Pilar G. Vianna, Henrique B. Ribeiro, Cid B. de Araujo, Christiano J. S. de Matos, Leandro Seixas, Ali M. Jawaid, Robert Busch, Allyson J. Ritter,  Richard A. Vaia, and Anderson S. L. Gomes. Appl. Phys. Lett. 118, 011101 (2021); doi: 10.1063/5.0031649

Contato do autor correspondente: Prof Anderson Gomes (UFPE) – anderson.lgomes@ufpe.br

Dear Colleagues

We are happy to announce that we’ve just released the list of symposia that will be held at the XIX B-MRS and IUMRS-ICEM 2021. A total of 24 symposia were selected, covering areas ranging from Biomaterials to Electronic Structure Calculations.

Besides these exciting symposia, that will count with invited speakers and oral and poster presentations, we will also have seven Plenary speakers:

-Alex Zunger (University of Colorado Boulder, USA)
-Edson Leite (LNNano, Brazil)
-Hideo Hosono (Tokyo Institute of Technology, Japan)
-John Rogers (Northwestern University, USA)
-Luisa Torsi (Università degli Studi di Bari “A. Moro”, Italy)
-Tao Deng (Shanghai Jiaotong University, China)
-Thuc-Quyen Nguyen (University of California Santa Barbara, USA).

The Memorial Lecture will be delivered by Cid Bartolomeu de Araújo (UFPE, Brazil).

Owing to the uncertainties brought to us by the COVID pandemic, this year our conferences will be held online, from August 30th until September 3rd. The B-MRS is the largest conference in the area of Materials Science in Latin America, and we believe that the online meeting will bring the possibility to even larger participation.

It will be our great pleasure to welcome you all to the virtual XIX B-MRS and 2021 ICEM meetings next August/September ONLINE.

Stay well and take care,

Gustavo Dalpian
Conference Chair

São leves, finas e flexíveis. Podem ser fabricadas em escala industrial usando processos simples e de baixo custo. As células solares orgânicas têm várias vantagens e apelos, mas ainda oferecem vários desafios aos pesquisadores, principalmente na área de materiais. Esses dispositivos que transformam luz solar em eletricidade devem seu nome ao uso de materiais orgânicos (polímeros ou moléculas baseadas em carbono) na camada ativa, que é a responsável pela absorção de luz. Mas as outras camadas do “sanduíche” que constitui uma célula solar orgânica também são muito importantes, principalmente os eletrodos, responsáveis por coletar as cargas elétricas geradas pela ação da luz.

No Brasil, três grupos de pesquisadores uniram suas competências e desenvolveram uma pesquisa colaborativa que trouxe uma importante contribuição ao desenvolvimento de materiais para eletrodos de células solares orgânicas. Recentemente publicado, o trabalho foi coordenado pela cientista Maria Luiza M. Rocco, professora do Instituto de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Células solares orgânicas precisam de eletrodos que, além de serem bons condutores das cargas elétricas, sejam transparentes para permitir a passagem de luz até a camada ativa, como se fossem janelas. Infelizmente, são poucos os materiais que reúnem boa condutividade e transparência. Um deles é o óxido de estanho e índio (conhecido pela sigla ITO). Depositado em forma de filme fino sobre um substrato de vidro, o ITO constitui, até o momento, o eletrodo mais utilizado em células solares orgânicas, além de ser amplamente usado em telas de eletrônicos e outros dispositivos que estão no mercado. “Em médio prazo, esse eletrodo padrão precisará ser substituído, e muitos são os esforços dos cientistas para substituí-lo com eficácia”, comenta a professora Maria Luiza. De fato, o processo de produção dos filmes de ITO é caro, e o índio é um material escasso na crosta terrestre. Além disso, esses eletrodos não são totalmente flexíveis.

Até o momento, a principal alternativa ao ITO é o PEDOT:PSS, mistura de polímeros que permite fabricar filmes condutores e transparentes. Ao combinar esse material com óxido de grafeno (GO), é possível obter um material compósito com condutividade superior à do polímero puro. E a condutividade pode aumentar ainda mais por meio de tratamentos realizados no material. Além disso, os filmes de GO:PEDOT:PSS se adaptam a um sistema muito adequado para a produção de células solares orgânicas em escala industrial, o rolo-a-rolo. Nesse sistema, as diversas camadas são impressas ou depositadas sobre um substrato flexível (por exemplo, de plástico). O substrato fica enrolado no início da linha de produção, vai desenrolando para receber as camadas e forma um novo rolo no final, com o material quase pronto para ser usado como painel solar.

Análise detalhada

No trabalho coordenado pela professora Maria Luiza, a equipe realizou um estudo sistemático de diferentes filmes, usando técnicas espectroscópicas. Foram analisadas amostras de PEDOT:PSS puro e de óxido de grafeno com diferentes proporções de PEDOT:PSS (1, 5 e 10%). Além disso, amostras de cada um desses grupos foram resfriadas a -196°C (temperatura de nitrogênio líquido) até atingir o equilíbrio térmico e depois devolvidas à temperatura ambiente.

O objetivo foi compreender a relação entre a estrutura e propriedades de cada um dos filmes, e avaliar qual das combinações permitiria uma maior mobilidade dos elétrons e, portanto, um melhor desempenho do material como eletrodo de células solares orgânicas.

Inicialmente, o óxido de grafeno foi sintetizado pelo Grupo de Química de Materiais da Universidade Federal do Paraná (UFPR), liderado pelo professor Aldo J. G. Zarbin. Em seguida, membros do Laboratório de Dispositivos Nanoestruturados, também da UFPR, desenvolveram as misturas, prepararam os filmes e estudaram as propriedades ópticas, elétricas e de tratamento térmico, sob coordenação da professora Lucimara S. Roman. Finalmente, o grupo da professora Maria Luiza M. Rocco, da UFRJ, realizou os estudos espectroscópicos no Laboratório Multiusuário de Espectroscopia de Fotoelétrons da UFRJ e no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) do CNPEM. O projeto também teve o apoio de representante do CSEM Brasil.

“A possibilidade de utilização da luz síncrotron foi fundamental para a compreensão das propriedades eletrônicas, morfológicas e de transporte desses novos materiais a serem empregados como eletrodos em dispositivos optoeletrônicos”, comenta a professora Maria Luiza. Os estudos espectroscópicos incluíram a análise diferenciada da superfície e do volume (bulk) dos filmes, mostrando características diferentes em cada região das amostras.

A pesquisa demonstrou que as amostras de óxido de grafeno com 5% de PEDOT:PSS resfriadas teriam o melhor desempenho como eletrodos de células solares. “A introdução de um material isolante (GO) em um condutor (PEDOT:PSS) pôde aumentar a condutividade deste último em duas ordens de grandeza”, revela a professora Maria Luiza. Mais barato que o PEDOT, o óxido de grafeno usado nos eletrodos diminuiria o custo dos dispositivos. O tratamento térmico realizado também ajudou a melhorar a condutividade do material, ao organizar as moléculas de um modo que facilita o deslocamento dos elétrons.

O trabalho faz parte da pesquisa de doutorado em Química de Soheila Holakoei, defendido pela UFRJ em 2019, que contou com a orientação da professora Maria Luiza. O estudo recebeu financiamento do LNLS-CNPEM e das agências brasileiras Faperj (Rio de Janeiro), CNPq, CAPES e Finep.

Referência do artigo: Conformational and Electron Dynamics Changes Induced by Cooling Treatment on GO:PEDOT:PSS Transparent Electrodes. Soheila Holakoei, Amanda Garcez Veiga, Cássia Curan Turci, Matheus Felipe Fagundes das Neves, Luana Wouk, João Paulo V. Damasceno, Aldo J. G. Zarbin, Lucimara S. Roman, and Maria Luiza M. Rocco. The Journal of Physical Chemistry C. 2020 124(49), 26640-26647. DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c07827

Contato da autora correspondente do artigo: Maria Luiza M. Rocco – luiza@iq.ufrj.br.