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Category: Notícias
Artigo em destaque: Desvendando a desordem estrutural de nanomateriais.
O artigo científico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Decreasing Nanocrystal Structural Disorder by Ligand Exchange: An Experimental and Theoretical Analysis. Gabriel R. Schleder, Gustavo M. Azevedo, Içamira C. Nogueira, Querem H. F. Rebelo, Jefferson Bettini, Adalberto Fazzio, Edson R. Leite. J. Phys. Chem. Lett. 2019 10 1471-1476. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b00439
Desvendando a desordem estrutural de nanomateriais
Sabe-se que é muito importante conhecer e controlar a estrutura de um material (ou seja, a forma como seus átomos se organizam tridimensionalmente no espaço) porque ela é, em grande parte, responsável pelas propriedades do material e, portanto, pelas suas aplicações. Um exemplo: regiões de desordem em materiais cristalinos (cujos átomos, idealmente, estão ordenados em padrões regulares) mudam alguns dos comportamentos esperados para esses materiais. Infelizmente, conhecer em detalhe a estrutura de alguns materiais pode ser uma tarefa difícil. Principalmente quando se trata de nanomateriais.
Reunindo diversas competências e recursos experimentais e teóricos, uma equipe brasileira desenvolveu um método que permite estabelecer o grau e a localização de desordem na estrutura de nanomateriais cristalinos e não cristalinos, interfaces e superfícies. O método, baseado na combinação de uma técnica experimental (microscopia eletrônica de transmissão), uma técnica de análise de dados (pair distribution function) e simulações computacionais, já está disponível para uso da comunidade científica no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), e deverá ajudar a desenvolver materiais que desempenhem melhor suas funções.
Além de desenvolver a técnica, a equipe a aplicou inicialmente no estudo da desordem estrutural de nanocristais, elementos básicos da nanotecnologia, presentes, por exemplo, em células solares e dispositivos eletrônicos. Apesar de terem, por definição, estruturas ordenadas, esses cristais de dimensão nanométrica podem apresentar, na prática, regiões com desordem estrutural.
Para realizar o estudo, os cientistas produziram nanocristais facetados, de cerca de 3,2 nm de diâmetro, formados por um núcleo de dióxido de zircônio (ZrO2), material inorgânico, e por uma casca composta por substâncias orgânicas conhecidas como ligantes. Os ligantes, cujos átomos estabelecem ligações químicas com os átomos que estão na superfície do núcleo inorgânico, têm a importante função de estabilizar os nanocristais e evitar que se aglomerem.
A equipe produziu uma primeira série de nanopartículas com ligantes contendo um anel aromático e a analisou usando o método desenvolvido. Depois, as amostras foram submetidas a um processo conhecido como troca de ligantes, no qual reações químicas acontecem no material na presença de um solvente a uma temperatura superior à da sua ebulição. Nessas reações, algumas ligações se quebram e novas ligações ocorrem. Como resultado da troca de ligantes, a equipe conseguiu produzir nanopartículas com cascas contendo ácido oleico, as quais também foram analisadas usando o método desenvolvido.
Os cientistas concluíram que, diferentemente do nanocristal ideal de dióxido de zircônio, os dois tipos de nanocristais analisados apresentavam um certo grau de desordem estrutural localizado na superfície do núcleo. Além disso, no segundo grupo de nanopartículas, a desordem era significativamente menor. Os pesquisadores interpretaram que essa redução se devia à alta temperatura do processo de troca de ligantes, que alterava as tensões da rede de átomos.
“Em nosso trabalho conseguimos avaliar diretamente o grau e localização da desordem em nanocristais, o que até então era tecnicamente inviável”, diz Gabriel Schleder, doutorando no Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados da Universidade Federal do ABC (UFABC).
Ao compreender melhor a desordem estrutural e suas causas, os pesquisadores puderam apontar um caminho para controla-la. “Qualquer propriedade que dependa sensivelmente da desordem estrutural localizada na superfície poderia ser, em princípio, controlada por esse tipo de processo de troca de ligantes”, diz Schleder. “Propriedades mecânicas, fotoluminescência, transporte eletrônico e propriedades catalíticas são algumas delas”, completa.
A pesquisa foi reportada em artigo recentemente publicado em The Journal of Physical Chemistry Letters (fator de impacto= 8,709).
Desafio superado por meio de colaborações
A ideia inicial do trabalho surgiu em uma reunião realizada no final de 2017 no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), localizado na cidade paulista de Campinas. Na reunião, discutiu-se a implementação no Sirius (próxima fonte de luz síncrotron brasileira) de uma técnica que permitisse analisar localmente questões estruturais tais como desordem e defeitos. Chamada de “pair distribution function” (PDF), a técnica escolhida descreve as distâncias entre pares de átomos por meio de uma função matemática. Para aplicar essa técnica, o especialista geralmente utiliza os resultados de medidas de difração de raios X – técnica experimental que traz informações sobre a estrutura dos materiais. Só que, para poder implementar a análise por PDF, o feixe de raios X incidido na amostra deve ser de energia muito alta – mais alta do que a proporcionada pela atual fonte de luz síncrotron brasileira.
Naquela reunião no CNPEM, o professor Gustavo de Medeiros Azevedo, pesquisador do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), e o professor Edson Leite, diretor científico do LNNano, decidiram, então, começar a aplicar PDF usando resultados de difração de elétrons, especialidade do pesquisador do LNNano Jefferson Bettini. Os feixes de elétrons seriam gerados pelo microscópio eletrônico de transmissão do LNNano. De fato, esse instrumento possibilita o controle do feixe de elétrons de modo que incida em uma diminuta área da amostra, permitindo a desejada análise local da estrutura. Por outro lado, ao alternar entre o “modo imagem” e o “modo difração” do microscópio, seria possível escolher com precisão a área da amostra a ser analisada.
A equipe de trabalho envolveu também as professoras Içamira Costa Nogueira, da Universidade Federal do Amazonas (UFAM) e Querem Hapuque Felix Rebelo, da Universidade Federal do Oeste do Pará (UFOPA), que contribuíram com a síntese dos nanocristais que seriam estudados e no desenvolvimento da metodologia de análise.
No desenvolvimento da técnica, mais um desafio precisou ser enfrentado. Para interpretar os resultados de PDF, seria necessário contar com a simulação de um nanocristal ideal – um modelo de nanocristal sem desorganização estrutural que pudesse ser usado como referência. Novas competências foram então incorporadas à equipe, que passou a contar com o professor Adalberto Fazzio, diretor geral do LNNano e líder de um grupo de pesquisa da UFABC dedicado a técnicas computacionais aplicadas a materiais, e seu estudante de doutorado Gabriel Schleder. Baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), método de modelagem computacional do âmbito da Física Quântica, os pesquisadores conseguiram simular o nanocristal ideal que serviu de modelo para a análise.
“Algo muito positivo que percebemos é que os principais resultados surgiram do processo de interação, discussão e troca de informações principalmente entre teoria/simulação computacional e experimentos. Sem isso, certamente não teríamos boas conclusões finais”, diz Schleder.
Featured scientist: Prof. Norbert Koch (Humboldt-Universität zu Berlin, Germany).
While a large part of humanity benefits from the advantages of solar cells, LEDs and other optoelectronic devices, some scientists are striving to find materials and structures that enable new developments in optoelectronic technologies.
Norbert Koch (Professor at the Humboldt-Universität zu Berlin, and research group leader in that university and at the Helmholtz-Zentrum Berlin) belongs to the latter group of qualified people.
Prof. Koch studied technical physics at the Technische Universität Graz (Austria), where he also did his doctoral studies in solid-state physics. He spent two years as postdoc at Princeton University (USA). In 2003, he started setting up a research group at the Humboldt-Universität zu Berlin, where he was appointed as professor in 2009. His scientific production has more than 16,300 citations and his h-index is 66 (Google Scholar).
This scientist will be in September in Balneário Camboriú (Brazil), giving a plenary lecture at the XVIII B-MRS Meeting. In the talk, he will speak about very promising structures in the field of optoelectronics, which are based on a combination of organic and inorganic materials.
See our mini interview with Professor Norbert Koch.
B-MRS Newsletter: – We´d like to know more about your scientific work. Please choose one or two of your favorite contributions, briefly describe them, and share the references.
All modern optoelectronic devices are complex multilayer structures. To arrive at the desired function, e.g., light emission or energy conversion, with the highest possible efficiency, an optimized alignment of the electronic energy levels is key. For novel and emerging materials, such as organic and 2-dimensional semiconductors, this cannot be achieved readily because the fundamental underlying mechanisms, which govern the level alignment, are not properly understood. Consequently, my research is geared towards unraveling this understanding, and to devise means of optimizing interfacial energy levels. For instance, for a long time it was believed that the level alignment with organic semiconductors is substantially different from what was known for traditional inorganic semiconductors like silicon. The concerted effort of many groups worldwide has finally provided the insight that the established mechanisms do hold, but peculiarities of the organic compounds have to be considered appropriately. It turned out that the energy and density distribution of electronic states of the organic semiconductor critically determines the level alignment, at interfaces towards electrodes [Nat. Commun. 5, 4174 (2014)] and at semiconductor heterostructures [Sci. Adv. 1, e1501127 (2015)]. With this understanding at hand, device engineers can now minimize electrical losses at contacts and precisely tune the energy level offset at heterojunctions.
B-MRS Newsletter: – In your plenary talk at the B-MRS Meeting, you will talk about hybrid (organic / inorganic) structures for optoelectronics. Could you give examples of such structures and their present and/or future applications? Why this type of structure is relevant for developing optoelectronic devices?
The idea to combine inorganic and organic semiconductors is based on the notion to take advantage of the beneficial properties of each component while compensating their respective weaknesses. For instance, inorganic semiconductors typically exhibit high charge carrier mobility and organic ones stand out by very strong light-matter coupling. In a hybrid light emitting diode (LED), one can imagine to electrically pump the inorganic semiconductor at highest levels, and upon energy transfer the desired light is emitted by the organic semiconductor. This could result in LEDs with high brilliance at virtually any color that also feature ultrahigh modulation bandwidth.
For more information on this speaker and the plenary talk he will deliver at the XVIII B-MRS Meeting, click on the speaker’s photo and the title of the lecture here https://www.sbpmat.org.br/18encontro/#lectures.
Da ideia à inovação: nanotecnologia para uma agricultura sustentável e produtiva.
Usar nanotecnologia para resolver problemas importantes da humanidade é, há muitos anos, uma meta pessoal de Marcelo Oliveira Rodrigues, professor da Universidade de Brasília (UnB) e sócio da Krilltech.
Um desses problemas é, sem dúvida, o da produção de alimentos. Dados da ONU e da FAO mostram que a demanda por alimentos crescerá mais de 50% até 2050, enquanto a expansão das áreas disponíveis para agricultura não acompanhará esse crescimento.
Lançada ao mercado neste ano como culminação de sete anos de pesquisa, desenvolvimento e testes, a Krilltech poderá fazer a sua contribuição, pela via da nanotecnologia, para uma agricultura mais produtiva e ecologicamente correta, que gere alimentos com melhor qualidade nutricional. “Nossa tecnologia é uma revolução nos modos de produção e na forma como se faz agricultura sustentável”, diz Rodrigues.
Além de ter alguns projetos em desenvolvimento, a startup já conta com um portfólio de produtos, que inclui uma linha adaptável às necessidades do cliente. Os produtos podem ser aplicados no solo ou nas folhas das plantas, ou até mesmo na água, no caso de cultivos hidropônicos.
Os produtos da Krilltech aumentam as taxas de fotossíntese das plantas cultivadas, tornam mais eficiente seu consumo de água e aceleram seu metabolismo (bioestimulantes). Ao mesmo tempo, atuam como fertilizantes ao fornecer os micro e macro nutrientes necessários para o crescimento dos vegetais (nitrogênio, carbono, fósforo, potássio, entre outros). “Nossos nanoprodutos possuem multifunção”, diz Rodrigues. A startup também possui uma linha de produtos para incorporar sais minerais como zinco e ferro em grãos e vegetais. “Produzir batata, milho, lentilha e grão-de-bico enriquecidos com ferro e zinco irá contribuir para dirimir problemas de saúde pública associados à deficiência de sais minerais essenciais”, exemplifica o professor – pesquisador – empreendedor.
Por ser baseados em nanotecnologia, esses bioestimulantes – fertilizantes superam limitações das tecnologias convencionais e conseguem entregar muito mais nutrientes aos cultivos. “Estabilizar em meio aquosos todos os macro e micronutrientes em uma solução requer um material com elevada área superficial e extremamente hidrofílico. Sem recorrer à nanotecnologia é uma tarefa extremamente difícil”, explica Rodrigues.
De acordo com ele, os produtos da Krilltech não afetam a biota (conjunto de seres vivos) de solos e corpos de água, não se acumulam nos tecidos das plantas (são metabolizados), e não são tóxicos para fungos, bactérias e animais. Para garantir a não-toxicidade de seus produtos, a Krilltech conta com resultados de testes realizados com larvas, vermes, fungos, bactérias, peixes, diversas linhagens de células sadias e tumorais e cobaias.
Quanto aos processos produtivos da Krilltech, eles envolvem custos relativamente baixos, em parte devido ao sistema lean adotado pela startup, baseado na nivelação da produção de acordo com a demanda e no foco em aumentar a eficiência e evitar desperdício nos processos de produção. “Nós trabalhamos com produtos sofisticados, porém os processos de produção são eficientes e não necessitamos de equipamentos importados para produzir”, comenta Rodrigues. “Um investimento inicial de 70 mil reais é mais do que suficiente para produzirmos cerca de 150 kg/hora dos nossos produtos”, revela. Além disso, a Krilltech não utiliza reagentes tóxicos em seus processos e não gera resíduos, diz Rodrigues.
Com essas características da sua tecnologia, processos produtivos e produtos, a Krilltech quer conquistar um lugar no crescente mercado de bioestimulantes, atualmente dominado por empresas multinacionais sediadas principalmente na Europa, além da América do Norte e Índia. Segundo estimativas informadas pela Krilltech, a demanda por bioestimulantes aumentará principalmente na Ásia e América do Sul. Calcula-se que esse mercado movimentará cerca de US$ 3,5 bilhões em 2022.
Surgimento da startup: parceria UnB – Embrapa
“Transformar pesquisa científica em tecnologias absorvidas pelo mercado consumidor sempre foi um desejo pessoal”, diz o professor Rodrigues. Assim, em 2012, pouco depois de ingressar na UnB como professor adjunto, ele identificou projetos de seu grupo de pesquisa que tinham potencial de virar inovações. Em 2016, o grupo tinha desenvolvido uma nanoformulação à base de um fármaco de alto custo, usado no SUS (sistema único de saúde) para tratar infecções fúngicas. “Conseguimos reduzir a toxicidade e o custo do fármaco em cerca de 40 vezes, porém fomos frustrados com a falta de recurso para avançar nos estudos pré-clínicos de acordo com as normas Anvisa”, conta Rodrigues.
Ainda em 2016, o grupo começou a dialogar com uma unidade da Empresa Brasileira de Pesquisa, a Embrapa Hortaliças, localizada em Brasília. Inicialmente, buscava-se o desenvolvimento de plásticos com propriedades ópticas especiais para uso em cultivo protegido (estufa e similares). “As conversas com o Dr. Juscimar Silva (Embrapa) evoluíram para o desenvolvimento dos nossos nanobioestimulantes”, diz Rodrigues.
O desenvolvimento laboratorial da tecnologia foi realizado na UnB, com participação de alunos de iniciação científica, mestrado e doutorado, e suporte das agências governamentais FAP-DF, CNPq e Capes por meio de bolsas e recursos para material de consumo. “O financiamento público foi essencial para os primeiros estágios de desenvolvimento”, frisa Rodrigues.
Com apoio da Embrapa, a tecnologia foi testada na cultura de tomate, pimentão e alface. “Hoje estamos avaliando nossos produtos nas grandes monoculturas do país em parceria com empresas nacionais e multinacionais”, conta o sócio da Krilltech.
Em 2018, startup entrou no programa de pré-incubação do Centro de Apoio ao Desenvolvimento Tecnológico (CDT) da UnB, que visa auxiliar no desenvolvimento do modelo e plano de negócios e na formalização da futura empresa.
Atualmente, a Krilltech, junto à UnB e Embrapa, está em fase final de depósito da patente relativa à tecnologia usada nos produtos. “A Krilltech tem direito a exclusividade para explorar as tecnologias”, afirma Rodrigues.
Confiante na alta performance de seus produtos e na agilidade no desenvolvimento de inovações, a Krilltech já tem novos parceiros e novos projetos. A startup tem uma parceria para viabilizar a cultura de lúpulo na região Centro-Oeste e está testando sua tecnologia em condições de microgravidade visando contribuir a projetos de cultivo fora do planeta Terra (space farming). Além disso, adianta Rodrigues, em breve uma segunda startup será criada para explorar nanobiopesticidas de baixíssima toxicidade desenvolvidos no grupo.
Veja nossa breve entrevista com Rodrigues, que se formou em Química pela Universidade Federal de Sergipe na graduação e mestrado e obteve seu diploma de doutor em Química em 2010 pela Universidade Federal de Pernambuco.
Boletim da SBPMat: – Quais foram os fatores mais importantes no sentido de viabilizar a criação e desenvolvimento da startup?
Marcelo Oliveira Rodrigues: – Sem dúvida, o suporte oferecido pela UnB, MCTI e pela EMBRAPA em termos das proteções das tecnologias, consultorias e treinamentos foram fundamentais para criação da Krilltech. Porém, gostaria de frisar que a crise induzida à qual a ciência brasileira vem sendo submetida e as dificuldades de se celebrar acordos de cooperação entre a Universidade e o setor privado foram dois fatores que contribuíram bastante para iniciarmos esse movimento de empreender.
Boletim da SBPMat: – Quais foram as principais dificuldades enfrentadas até momento pela startup?
Marcelo Oliveira Rodrigues: – Sair da zona de conforto implica em dificuldades que precisam ser superadas. Aprender a empreender requereu uma mudança cultural na forma como planejamos e desenvolvemos nossos projetos; creio que essa foi a grande dificuldade que superamos.
Boletim da SBPMat: – Qual é, na sua visão, a principal contribuição da startup para a sociedade?
Marcelo Oliveira Rodrigues: – Nossa tecnologia contribui para redução do impacto ambiental causado pela aplicação de fertilizantes convencionais. Por exemplo, quando fósforo e nitrogênio de fertilizantes são indevidamente lixiviados para rios, lagos e oceanos, eles podem induzir a formação de zonas mortas, já que o processo de eutrofização pode induzir o crescimento excessivo de algas que destroem o oxigênio da água.
Ao contrário dos nanomateriais convencionais (nanopartículas metálicas e de óxidos metálicos, micelas poliméricas etc), a nossa tecnologia viabiliza o emprego da nanotecnologia na agricultura. A Krilltech vem contribuir para uma reformulação da indústria de fertilizantes e fitoestimulantes, pois nossa tecnologia representa:
- O desenvolvimento de uma agricultura sustentável baseada em agroquímicos ecológicos;
- Contribuição para eliminar e reduzir o uso de insumos e práticas de agroquímicos perigosos (insumos químicos menos perigosos);
- Mitigação dos riscos ambientais e de saúde humana devido à não- toxicidade dos nossos produtos (design de produtos químicos mais seguros);
- Eliminação do impacto adverso da transferência trófica de nanopartículas convencionais na cadeia alimentar;
- Um paradigma disruptivo necessário para a inovação na produção de alimentos com base em nanomateriais verdes.
Boletim da SBPMat: – Qual é sua meta/ seu sonho para a startup?
Marcelo Oliveira Rodrigues: – Teremos unidades da Krilltech espalhadas pelo mundo inteiro, veremos nossa tecnologia contribuir para o desenvolvimento sustentável e contribuiremos para reduzir o impacto da erosão nutricional e desnutrição.
Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores do boletim e seguidores das redes sociais que avaliam a possibilidade de criar uma startup.
Marcelo Oliveira Rodrigues: – Dominar bem a tecnologia, conhecer o mercado e não desistir com as dificuldades. O ambiente de inovação no Brasil é insalubre e se sobressair nessas condições aumenta as chances de sucesso.
Sócio da SBPMat ganha prêmio da American Ceramic Society por contribuição ao equilíbrio de fases.
O professor Edgar Dutra Zanotto (DEMa – UFSCar), sócio fundador da SBPMat, é um dos dois autores do artigo selecionado pela American Ceramic Society para receber o Spriggs Phase Equilibria Award de 2019. Intitulado “Simple model for particle phase transformation kinetics”, o artigo premiado foi publicado no periódico científico Acta Materialia em agosto de 2018.
O prêmio distingue anualmente, desde 2003, as melhores contribuições ao estudo da estabilidade de fases em sistemas baseados em cerâmicas, dentre os trabalhos publicados no ano-calendário anterior ao do prêmio na literatura científica (periódicos, livros, boletins etc.).
A distinção será entregue no dia 30 de setembro deste ano em Portland (EUA) durante o 121st ACerS Annual Meeting.
Referência do artigo: Reis, Raphael M. C. V. ; Zanotto, Edgar D. Simple model for particle phase transformation kinetics. ACTA MATERIALIA; v. 154, p. 228-236, AUG 1 2018
XVIII B-MRS Meeting bate recorde de submissões com mais de 2.450 resumos recebidos.
Com mais de 2.450 resumos submetidos, a décima oitava edição do encontro anual da SBPMat, que será realizada em Balneário Camboriú (SC) de 22 a 26 de setembro, bate um novo recorde na história dos eventos da Sociedade.
Em 10 de junho, os autores dos trabalhos submetidos receberão a notificação de aceitação, rejeição, necessidade de modificação ou transferência para outro simpósio. Os autores poderão enviar os resumos corrigidos até 24 de junho e receberão as notificações finais até 30 de junho.
Os trabalhos aprovados serão apresentados em sessões orais e de pôster, dentro de 23 simpósios temáticos, os quais abrangem um amplo leque de temas de pesquisa em materiais e suas aplicações em segmentos como o de saúde, energia, remediação ambiental, eletrônica, fotônica, defesa, têxtil, aeroespacial e automotivo, entre outros.
“É com grande satisfação que recebemos este grande número de trabalhos submetidos, mostrando que, apesar das dificuldades financeiras e da falta de estímulo governamental, a comunidade científica em materiais está ativa e empenhada em levar adiante a produção do conhecimento e formação de recursos humanos, o que é tão importante para o nosso País”, diz o prof. Ivan H. Bechtold, chairman do evento. “Ao mesmo tempo, este expressivo número de trabalhos aumenta nossa responsabilidade de organizar um evento de acordo com as expectativas, especialmente de estudantes, que somam 63% das inscrições do evento. Nosso compromisso é tornar o evento num ambiente propício para a troca de experiências e estabelecimento de cooperações científicas. Contamos com a presença de todos!!”, conclui o professor Bechtold.
Prêmios para estudantes
Os melhores trabalhos apresentados por estudantes de graduação ou pós-graduação receberão prêmios no final do evento. Para concorrer aos prêmios, os autores devem submeter, até 14 de julho, um resumo estendido adicional ao resumo convencional. Os prêmios só serão entregues se os autores (estudantes) estiverem presentes na cerimônia de encerramento, no dia 26 de setembro.
O Bernhard Gross Award será outorgado ao melhor oral e ao melhor pôster de cada simpósio. Para eleger os vencedores, o comitê considerará a qualidade do resumo estendido e da apresentação, bem como a contribuição científica do trabalho.
Dentre os trabalhos vencedores do Bernhard Gross Award, os cinco melhores orais e os cinco melhores pôsteres receberão prêmios (dinheiro e certificado) da ACS Publications, a renomada editora de periódicos científicos da American Chemical Society.
Mais informações sobre os prêmios, e instruções e modelo para elaborar o resumo estendido https://www.sbpmat.
Site do evento https://www.sbpmat.org.br/18encontro/.
Boletim da SBPMat. 80ª edição.
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XVIII B-MRS Meeting – new abstract submission deadline: May 10.
Dear Colleagues,
Many researchers are reporting problems with the submission system.
Therefore, on behalf of the Organizing Committee, the deadline for abstract submission will be extended until May 10th, 2019.
Don’t miss the opportunity of participating this important international scientific event on Materials Science and submit your Abstract for Oral or Poster Presentation.
Artigo em destaque: Gravando dados em materiais ultrafinos.
O artigo científico com significativa participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Gate-tunable non-volatile photomemory effect in MoS2 transistors. Andreij C Gadelha, Alisson R Cadore, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Ana M de Paula, Leandro M Malard, Rodrigo G Lacerda and Leonardo C Campos. 2D Materials, Volume 6, Number 2. DOI: 10.1088/2053-1583/ab0af1
Gravando dados em materiais ultrafinos
Uma equipe científica do Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) desenvolveu um dispositivo baseado em nanomateriais ultrafinos capaz de gravar e ler dados, agindo como uma memória computacional. Essa memória, cujo mecanismo de armazenamento de dados se origina em fenômenos ópticos, motivo pelo qual é chamada de foto-memória, demonstrou possuir várias das características atualmente desejáveis para memórias: possibilidade de miniaturização, baixo consumo de energia, retenção de dados de longa duração e custo relativamente baixo.
O trabalho abre possibilidades de desenvolvimento de memórias eficientes baseadas em materiais bidimensionais (aqueles cuja espessura é de um ou poucos átomos) que poderiam ser usadas em plataformas leves e flexíveis, como os dispositivos eletrônicos vestíveis. A pesquisa foi reportada em artigo recentemente publicado no periódico científico 2D Materials (fator de impacto 7.042).
“Nosso trabalho consiste em uma investigação científica com prováveis implicações tecnológicas na área de foto-memórias”, contextualiza o professor Leonardo Cristiano Campos (UFMG), autor correspondente do paper. “Desenvolvemos um dispositivo optoeletrônico simples, onde a aplicação simultânea de luz e tensões elétricas modifica controladamente as propriedades eletrônicas do dissulfeto de molibdênio (MoS2), que é um material nanométrico ultrafino”, completa.
Inicialmente, os doutorandos Andreij de Carvalho Gadelha e Alisson Cadore integraram uma série de nanomateriais de poucas dezenas de nanômetros de espessura, seguindo a arquitetura do transístor de efeito de campo (FET, na sigla em inglês), o qual pode ser usado como componente eletrônico de memórias. O FET montado na UFMG consiste, basicamente, em uma camada de dissulfeto de molibdênio colocada sobre um cristal plano de nitreto de boro hexagonal, situado sobre um fino substrato de grafite. O nitreto de boro foi fornecido por um grupo de pesquisa do Japão, do Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS).
Depois, a equipe realizou uma série de medidas optoeletrônicas idealizadas pelo doutorando Andreij e seus orientadores (os professores Leonardo Campos e Rodrigo Gribel Lacerda), com ajuda de dois especialistas em óptica, os professores Leandro Malard Moreira e Ana Maria de Paula – todos do Departamento de Física da UFMG.
Em linhas gerais, a equipe aplicou no FET tensão elétrica e radiação laser, simultaneamente. Essa ação combinada muda sistematicamente a densidade das cargas livres que transitam pelo dissulfeto de molibdênio (material semicondutor), controlando a condutividade elétrica do material (processo chamado de “photogating” em inglês). A mudança persistiu depois de retirado o laser e a tensão.
Dessa maneira, a equipe científica gerou no material aquilo que se necessita para gravar dados na eletrônica digital: dois estados bem diferenciados que podem ser rapidamente detectados e traduzidos ao código binário como zero (0) e um (1). Concretamente, trata-se de dois estados de condutividade do dissulfeto de molibdênio: o anterior à aplicação da luz laser, denominado “off” ou “0”, e o posterior a essa irradiação, denominado “on” ou “1” (este último, caracterizado pela presença da fotocorrente).
Além de revelar a capacidade do FET de dissulfeto de molibdênio de atuar como uma foto-memória, os experimentos e modelagens teóricas realizadas na UFMG desvendaram algumas características muito desejáveis numa memória: baixo consumo de energia (relacionado à razão entre “on” e “off”) e capacidade de reter, por longos períodos, os dados gravados (estima-se que até 50% de um dado gravado permaneceria salvo depois de uma década).
A foto-memória desenvolvida na UFMG demonstrou mais uma interessante característica. Controlando a tensão aplicada ao FET, é possível modular os estados de condutividade e gerar uma série de estados (e não apenas dois) bem diferenciados.
“Acreditamos que estas memórias possam ser aplicadas a longo prazo”, diz o professor Campos. Para isso, diz o cientista, seria preciso desenvolver a produção em larga escala dos nanomateriais, um desafio que, estima ele, poderia ser resolvido em uma década. Além disso, seria necessário adaptar a memória ao funcionamento em condições ambientais, já que as medidas realizadas pela equipe da UFMG foram feitas em vácuo. “Nós estamos desenvolvendo técnicas de encapsulamento que provavelmente devam resolver esta questão”, adianta Campos.
Os resultados reportados no artigo da 2D Materials fazem parte do doutorado de Andreij Gadelha, que defende sua tese no dia 3 de maio às 14 horas na sala de seminários do Departamento de Física da UFMG. Entretanto, longe de ter sido escolhido desde o início como assunto da pesquisa de doutorado, o efeito de foto-memória do dissulfeto de molibdênio se desvendou ao doutorando e seu orientador de forma imprevista e inesperada, como ocorre muitas vezes no processo de descoberta científica. “É como se você estivesse olhando para um ponto especifico, porém surge aquele insight que desvia seu olhar para o caminho certo e você grita “EUREKA””, ilustra o professor Campos. Concretamente, o doutorando estava tentando aniquilar determinados efeitos que eram indesejáveis no contexto da pesquisa inicial, quando ele percebeu que esses efeitos possibilitariam uma aplicação em memórias ópticas, e convenceu o orientador a mudar o foco do trabalho. “É interessante notar que o efeito indesejável tornou se a nossa “galinha dos ovos de ouro”, levando a uma reviravolta nos rumos de nossa pesquisa”, comenta Campos.
O trabalho foi financiado com recursos das agências federais Capes, CNPq, do INCT de Nanocarbono e da agência estadual Fapemig.
Nota pública: cortes no orçamento do MCTIC.
O conselho e a diretoria da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat) vêm a público se manifestar contra os cortes anunciados para o orçamento do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações, que podem inviabilizar a pesquisa e a inovação tecnológica no País. O sistema científico brasileiro foi desenvolvido por décadas, a partir de grande esforço da comunidade acadêmica e apoio de diferentes governos. Os cortes de verba do Ministério, nos últimos anos, vêm continuamente subtraindo os recursos à pesquisa e inovação tecnológica, o que agrava ainda mais a falta de competitividade do País. É um risco sério para o desempenho do Brasil nos próximos anos e décadas. Um aspecto ainda mais grave é que, ao contrário de outras áreas, a descontinuidade de financiamento em ciência, tecnologia e inovação no país leva à evasão de pesquisadores e ao desinteresse de novas gerações de estudantes, quebrando assim a cadeia de construção do conhecimento e impedindo sua retomada, finda a crise financeira.
Há, no passado recente, muita evidência de que o desenvolvimento e bem-estar social de uma Nação só é atingido com conhecimento. E que países conseguiram sair de crises econômicas com investimento em ciência e inovação tecnológica. Não se sustenta uma possível justificativa de cortes devido a emergências e urgências trazidas por uma crise financeira. O volume de recursos economizado é insuficiente para resolver – ou mesmo minorar significativamente – os problemas financeiros do País, uma vez que o investimento em ciência e tecnologia já é baixo, inferior sob qualquer critério ao de nações desenvolvidas.
Em um país com tantas carências e desigualdade como no Brasil, somente o desenvolvimento tecnológico pode melhorar a vida de nosso povo, como demonstrado nas últimas décadas. Os esforços empreendidos levaram o País a uma posição de destaque no cenário internacional, hoje ameaçada, e a respostas rápidas da comunidade científica em questões econômicas e sociais importantes, como no agronegócio e na saúde. O desenvolvimento nacional só é possível com um sistema robusto de ciência, tecnologia e inovação, com ensino superior de qualidade e geração de conhecimento em diferentes áreas. Para além das áreas mais diretamente ligadas à tecnologia, é essencial que o Brasil desenvolva pesquisa que permita identificar as origens e propor soluções para nossos graves problemas sociais.
Sem reconhecer a relevância da educação e geração de conhecimento para o desenvolvimento do país, no longo prazo o futuro do Brasil estará irremediavelmente comprometido.