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Category: Notícias
XIII Encontro da SBPMat: palestras técnicas dos patrocinadores.
Palestrante: Shimadzu/Tescan.
Tema: Microscópio Eletrônico de Varredura com Feixe de Íons e Detector TOF SIMS.
Resumo: O objetivo desta palestra é apresentar uma nova técnica de análise química, aplicada na pesquisa e desenvolvimento, voltado a detecção de elementos desde H, com resolução lateral e de profundidade manométrica e excelentes limites de detecção. Esta técnica utiliza o detector TOF SIMS acoplado a um canhão de íons.
Quando: 29 de setembro (segunda-feira), das 13:30 às 14:00 horas.
Onde: no salão plenário do Centro de Convenções de João Pessoa.
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Palestrantes: Mauro Porcu e Daniel Phifer (FEI).
Tema: Preparação de amostras com DualBeam™ de última geração e análise por MET para ciência de materiais.
Resumo: Site specific sample preparation is becoming essential for advanced material science as innovative workflows have been developed to enable atomic TEM resolution. The DualBeam-TEM workflow saves time and offers possibilities for analysis of specific areas with optimized orientation. Low voltage FIB cleaning and advanced manipulation allow lifting out sampled from bulk substrates and thinning with little to no significant damage. When coupled with the new FEI TEMs, it is possible to capture better compositional information from both traditional TEM thin sections and cylindrical “pillar TEM samples”. TEM EDS has advanced so much and EDS tomography is routinely performed with the new EDS geometry and fast data processing. Atomic material characterization thus highly benefits from newer DualBeam-TEM-sample-preparation-methodologies.
Quando: 30 de setembro (terça-feira), das 13:30 às 14:00 horas.
Onde: no salão plenário do Centro de Convenções de João Pessoa.
Entrevistas com plenaristas do XIII Encontro da SBPMat: Sir Colin Humphreys (University of Cambridge, Reino Unido).
Sir Colin Humphreys, PhD pela University of Cambridge e Bacharel em Ciências pelo Imperial College, é Professor do Departamento de Ciência de Materiais e Metalurgia da University of Cambridge, no Reino Unido. Sua pesquisa abrange três temas principais: materiais e dispositivos baseados em nitreto de gálio (GaN), microscopia eletrônica avançada e materiais aeroespaciais para temperaturas ultraelevadas. Ele já publicou centenas de trabalhos sobre microscopia eletrônica e apresentou diversas palestras plenárias e convidadas em todo o mundo. Recebeu prêmios nacionais e internacionais por suas pesquisas sobre difração e microscopia eletrônica, bem como sobre nitreto de gálio.
Sir Colin Humphreys fundou uma empresa spinoff chamada CamGaN para aplicar a pesquisa com nitreto de gálio de seu grupo em LEDs de baixo custo para a iluminação de casas e escritórios. A empresa foi adquirida em fevereiro de 2012 pela Plessey, que fabrica LEDs baseados nessa tecnologia. O professor Humphreys é o fundador e diretor do Cambridge Centre of Gallium Nitride, um centro de nível internacional com instalações voltadas para caracterização, onde a pesquisa é conduzida desde os estudos fundamentais do GaN até suas aplicações em LEDs e lasers. Também fundou e dirige o Cambridge/Rolls-Royce Centre for Advanced Materials for Aerospace, desenvolvendo materiais que agora voam nos motores Rolls-Royce.
Ele é membro da Royal Society, associação independente que reúne vários dos mais renomados cientistas do mundo, vindos de todas as áreas das Ciências, Engenharias e Medicina, e da Royal Academy of Engineering, do Reino Unido. Também é membro do Selwyn College, uma das 31 unidades autônomas da Cambridge University onde os estudantes vivem, comem, socializam e assistem a algumas aulas. Em 2010, ele foi nomeado Cavaleiro (recebeu uma honraria especial e o título de “Sir” da Rainha da Inglaterra) por serviços prestados à ciência.
O professor Sir Colin Humphreys é autor de mais de 600 trabalhos publicados em revistas arbitradas, com mais de 9.400 citações, e seu índice H é 43. Em suas poucas horas vagas, ele escreve livros sobre ciência e religião, como “The Mistery of the Last Supper: Reconstructing the Final Days of Jesus”, (publicado no Brasil com o título “O Mistério da Última Ceia: uma viagem histórica aos últimos dias de Jesus”) recentemente traduzido para o russo, alemão, português, japonês e grego.
Segue nossa entrevista com o professor, que dará uma palestra plenária no XIII Encontro da SBPMat.
Boletim SBPMat: – Por que o senhor acha que o nitreto de gálio é um dos mais importantes materiais semicondutores? Quais são os principais desafios no campo do nitreto de gálio para cientistas e engenheiros em materiais?
Sir Colin Humphreys: – Acho que o nitreto de gálio é um dos materiais semicondutores mais importantes graças à sua ampla variedade de potenciais aplicações e aos benefícios que serão gerados à humanidade a partir delas. Os principais desafios para alcançar essas aplicações são reduzir os custos dos aparelhos baseados em GaN e elevar ainda mais a sua eficiência.
Boletim SBPMat: – Quais são as suas principais contribuições para o desenvolvimento da Ciência e Engenharia de Materiais?
Sir Colin Humphreys: – Minhas principais contribuições para o desenvolvimento da Ciência e Engenharia de Materiais foram solucionar alguns problemas fascinantes de ciência básica, além de desenvolver materiais para a indústria. Por exemplo, eu dirijo um centro de pesquisa em Materiais Avançados da Rolls-Royce, em Cambridge, e alguns dos materiais que desenvolvemos agora estão voando nos motores Rolls-Royce. Além disso, eu dirijo o Cambridge Centre for Gallium Nitride, e os LEDs de baixo custo que produzimos, baseados em GaN sobre silício, hoje são fabricados no Reino Unido pela Plessey.
Boletim SBPMat: – O Brasil tem se esforçado para transferir tecnologia para a indústria. Enquanto isso, o senhor fundou uma empresa spinoff e centros de pesquisa, e em ambos os casos obteve bons resultados com a transferência de tecnologia. Com base nessa experiência, o que o senhor diria para a comunidade de Pesquisa em Materiais do Brasil sobre concretizar a transferência de tecnologia?
Sir Colin Humphreys: – Em primeiro lugar, cientistas e engenheiros precisam ter uma ideia para um produto novo e melhor. Para convencer a indústria, é importante que preparem e apresentem protótipos dos aparelhos. Caso decidam montar sua própria empresa, geralmente é útil trazer um CEO de fora para dirigir os negócios, porque, em sua maioria, cientistas e engenheiros não são muito bons nisso. A escolha do CEO é crucial. E é realmente importante ser muito bem aconselhado. Eu tive sorte ao montar duas empresas porque recebi vários bons conselhos de graça, já que, no Reino Unido, muitas pessoas de Cambridge criaram suas empresas e podem dar boas orientações. Por fim, concretizar a transferência de tecnologia é divertido, mas também trabalhoso! Pode haver muitas adversidades, mas é preciso perseverar! Além disso, entusiasmem-se com seu produto, porque, se vocês mesmos não se entusiasmarem, os outros tampouco o farão! É preciso realmente acreditar no que se está fazendo.
Boletim SBPMat: – Se possível, nos fale um pouco sobre o tema da sua palestra plenária no Encontro da SBPMat.
Sir Colin Humphreys: – Na minha palestra plenária em João Pessoa, planejo começar apresentando algumas micrografias eletrônicas em resolução atômica impressionantes, mostrando átomos únicos de impureza de silício em grafeno e indicando como podem ocupar dois pontos diferentes. Também vou mostrar imagens de átomos de silício dançando em grafeno (sei que os brasileiros são excelentes dançarinos!). Então, vou falar sobre o nitreto de gálio (GaN) e como esse incrível material criado pelo homem provavelmente vai nos poupar mais energia e reduzir mais emissões de CO2 do que a energia solar, a eólica e a biomassa juntas! Descreverei como a microscopia eletrônica avançada e a tomografia de sonda atômica têm sido usadas para responder uma questão fascinante: por que os LEDs de GaN são tão brilhantes quando a densidade de deslocamento é tão alta. Também vou descrever como desenvolver LEDs de GaN em substratos de silício de grande área pode reduzir substancialmente o custo dos LEDs, e como é provável que essa economia permita que os LEDs de GaN sejam a forma predominante de iluminação em nossas casas, escritórios, ruas etc. no futuro próximo. Além disso, vou demonstrar como dispositivos eletrônicos baseados GaN são 40% mais eficientes do que aqueles baseados em silício (Si), e que, portanto, substituir os eletrônicos de Si por GaN nos pouparia mais 10% de eletricidade, além da economia de 10 a 15 % vinda do uso dos LEDs de GaN. Assim, o GaN poderia, potencialmente, reduzir o consumo de eletricidade do mundo em 25%, o que é incrível.
Além da economia de energia e das emissões de carbono, se acrescentarmos alumínio ao GaN, ele emitirá luz ultravioleta (UV) profunda, o que pode matar todas as bactérias e vírus. Então, esses LEDs de UV profunda poderiam ser usados para purificar água em todo o mundo, salvando milhões de vidas. Por fim, falarei sobre como a iluminação otimizada por LEDs pode melhorar tanto a nossa saúde quanto as notas de crianças em idade escolar! Minha palestra vai abordar desde a ciência básica até as aplicações.
Tempo livre em João Pessoa: algumas atrações, do amanhecer até o pôr do sol.
João Pessoa é terceira cidade mais antiga do Brasil, sendo a capital do estado da Paraíba, localizada na região nordeste do país. Conta com uma população de aproximadamente 770.000 pessoas, enquanto sua região metropolitana abrange 8 cidades satélites com 1.223.000 habitantes. Caracterizada por um clima quente e úmido, a temperatura média anual de João Pessoa fica em volta dos 26º C, chegando aos 29º C entre os meses de setembro e outubro.
João Pessoa é conhecida como a “Porta do Sol”, ou “a cidade onde o sol nasce primeiro”, tendo o ponto mais oriental do Brasil. Também possui um belo pôr do sol, que pode ser admirado ao som do Bolero de Ravel na Praia do Jacaré. Além disso, é uma das cidades mais verdes do mundo, devido à presença de duas reservas de Mata Atlântica na cidade.
João Pessoa tem uma importante cultura local. Seu conjunto histórico-arquitetônico é riquíssimo, com construções barrocas do século XVI que merecem ser visitadas.
Outro ponto turístico é a Estação Cabo Branco de Ciência, Cultura e Artes, localizada no ponto mais oriental das Américas (Ponta do Seixas), a qual é uma instituição educativa e cultural, bem como um marco nacional. O complexo, inaugurado em 2008, foi concebido pelo arquiteto brasileiro Oscar Niemeyer, e é um dos seus últimos projetos.
Contudo, as principais atrações turísticas de João Pessoa são suas 18 belas praias de águas mornas e verdes – águas essas com uma temperatura média de 28º C. Sete dessas praias estão localizadas em áreas urbanas, são de fácil acesso, e muito convidativas para um bom mergulho.
XIII Encontro da SBPMat: inscritos, destaques do programa e agradecimentos em mensagem dos coordenadores.
Caros leitores,
Esperamos vê-los no XIII Encontro da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais, a ser realizado de 28 de setembro a 02 de outubro de 2014, em João Pessoa, PB, Brasil. Este ano, o encontro aceitou 2.141 resumos e, até o momento, conta com cerca de 2.000 inscrições, vindas do Brasil e de outros 27 países.
O XIII Encontro será formado por 19 simpósios, seguindo o modelo empregado em encontros tradicionalmente organizados por Sociedades de Pesquisa em Materiais, tratando de tópicos como a síntese de novos materiais, simulações computacionais, propriedades ópticas, magnéticas e eletrônicas, materiais tradicionais como argilas e cimentos, metais avançados, nanoestruturas de carbono e grafeno, nanomateriais para nanoestruturas, sistemas de armazenamento de energia, compósitos, engenharia de superfícies e outros. Uma novidade será um simpósio dedicado à inovação e à transferência de tecnologia na pesquisa em materiais. O programa também inclui 7 palestras plenárias, apresentadas por pesquisadores de renome internacional.
Neste ano, a SBPMat fará apresentações sobre os resultados de duas importantes ações de nossa sociedade. A primeira será a reunião da diretoria da SBPMat com os grupos do programa University Chapters (UCs) já estabelecidos e com estudantes interessados em estabelecer novos UCs. A segunda é o lançamento de uma publicação do Institute of Physics IOP em nome da SBPMat, intitulada Materials Science Impact, relatando os avanços da pesquisa em Materiais no Brasil.
A cerimônia de abertura será seguida pela Palestra Memorial “Joaquim Costa Ribeiro” sobre a evolução da pesquisa em materiais no Brasil, apresentada pelo Professor José Arana Varela. Durante a cerimônia de encerramento, os coordenadores dos simpósios irão entregar o “Prêmio Bernhard Gross” aos estudantes pelo melhor pôster e pela melhor apresentação oral de cada simpósio.
Em nome do comitê organizador, gostaríamos de agradecer aos funcionários e à direção da SBPMat, além de suas agências contratadas, aos coordenadores de simpósio e membros dos comitês de programa, local e nacional, por sua dedicação e pelos grandes esforços empregados para que este encontro seja possível.
Esperamos que os participantes aproveitem um encontro muito agradável, marcado pela troca estimulante de informações científicas e pela criação de novas colaborações.
Ieda M. Garcia dos Santos e Severino Jackson Guedes de Lima
Coordenadores do Encontro
Entrevistas com plenaristas do XIII Encontro da SBPMat: Robert Chang (Northwestern University, EUA).
Robert Chang é professor de Ciência e Engenharia de Materiais no primeiro departamento acadêmico de Ciência de Materiais do mundo, criado há mais de 50 anos na Northwestern University, na qual ele também é diretor do Instituto de Pesquisa em Materiais.
Ele recebeu o título de Bacharel em Ciências, com habilitação em Física, no Massachusetts Institute of Technology (MIT) e o de doutor em Física de Plasmas na Princeton University. Por 15 anos, ele conduziu pesquisas básicas na Bell Labs. Durante os últimos 28 anos na Northwestern University, também dirigiu diversos centros e programas de pesquisa e educação na área de materiais da National Science Foundation (NSF).
O professor Chang foi presidente da Sociedade de Pesquisa em Materiais dos Estados Unidos, a Materials Research Society (MRS) em 1989. Ocupa o cargo de Secretário Geral e Presidente Fundador da União Internacional de Sociedades de Pesquisa em Materiais (IUMRS, na sigla em inglês). Recebeu várias distinções por seu trabalho, como o Prêmio Woody, da MRS, em 1987, a bolsa Siu Lien Ling Wong, da Universidade Chinesa de Hong Kong, em 1999, e o Prêmio Director´s Distinguished Teaching Scholar da NSF, em 2005. Além de membro da Sociedade Americana de Vácuo e da MRS, ele é membro honorário das Sociedades de Pesquisa em Materiais da Índia, Japão e Coreia.
Ele é (co)autor de 400 artigos em publicações arbitradas, com aproximadamente 13.000 citações e um índice H de 56.
Segue a nossa entrevista com o professor Chang, que dará uma palestra plenária no XIII Encontro da SBPMat.
Boletim SBPMat: – No seu ponto de vista, quais sãos as suas principais contribuições para a área de Ciência e Engenharia de Materiais?
Robert Chang: 1. O processamento a plasma de materiais semicondutores;
2. Materiais baseados em carbono, como o diamante, fulerenos e nanotubos de carbono, e os dispositivos relacionados a eles;
3. Células solares de 3ª geração;
4. Materiais plasmônicos infravermelhos e sensores.
5. Filmes finos de óxidos para dispositivos eletrônicos e fotônicos.
Publicações mais importantes abaixo.
H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang. Random Laser Action in Semiconductor Powder. Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999); DOI:http://dx.doi.org/10.1103/
Michael D. Irwin, D. Bruce Buchholz, Alexander W. Hains, Robert P. H. Chang, and Tobin J. Marks.p-Type semiconducting nickel oxide as an efficiency-enhancing anode interfacial layer in polymer bulk-heterojunction solar cells. PNAS, vol. 105 no. 8, 2783–2787 (2008); doi: 10.1073/pnas.0711990105.
Q. H. Wang, A. A. Setlur, J. M. Lauerhaas, J. Y. Dai, E. W. Seelig and R. P. H. Chang. A nanotube-based field-emission flat panel display. Appl. Phys. Lett. 72, 2912 (1998);http://dx.doi.org/10.
Quanchang Li, Vageesh Kumar, Yan Li, Haitao Zhang, Tobin J. Marks, and Robert P. H. Chang. Fabrication of ZnO Nanorods and Nanotubes in Aqueous Solutions. Chem. Mater., 2005, 17 (5), pp 1001–1006. DOI: 10.1021/cm048144q.
Boletim SBPMat: – E quais são as suas principais contribuições para a educação científica, especialmente na área de Ciência de Materiais?
Robert Chang: – Nos últimos 20 anos, eu conduzi o desenvolvimento do programa Materials World Modules para ensinar estudantes pré-universitários sobre materiais e nanotecnologia: materialsworldmodules.org; nclt.us; gsasprogram.org; imisee.net.
Boletim SBPMat: – Poderia nos dar uma prévia da sua palestra plenária no Encontro da SBPMat? Do que o senhor pretende tratar?
Robert Chang: – Mobilizar cidadãos do mundo a solucionar problemas globais, juntos!
Boletim SBPMat: – Fique à vontade para deixar uma mensagem aos nossos leitores na comunidade de Pesquisa em Materiais, se quiser.
Robert Chang: – A pesquisa e a educação em materiais e nanotecnologia são a força que impulsionará todas as tecnologias futuras, inclusive nas áreas de energia, meio ambiente, saúde e segurança.
Boletim SBPMat – edição 24 – agosto 2014.
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Um aniversário na comunidade de pesquisa em Materiais: 10 anos do PGMAT – UCS.
Este mês de agosto registra o 10º aniversário de um dos 31 programas de pós-graduação recomendados atualmente pela Capes dentro da Área de Materiais: o Programa de Pós-Graduação em Materiais (PGMAT) da Universidade de Caxias do Sul (UCS) – universidade comunitária presente em nove cidades do nordeste do Rio Grande do Sul, com sede em Caxias do Sul.
A história do PGMAT-UCS remonta-se ao ano de 2003, quando Israel Baumvol, físico e pesquisador da área de Materiais, foi convidado por autoridades da UCS a liderar a criação de um programa de pós-graduação nesse campo do conhecimento. Baumvol estava, na época, se aposentando de seu cargo de professor titular na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).
Em agosto de 2004, após realizar um processo seletivo que teve 85 inscritos para 15 vagas, o PGMAT-UCS iniciava as atividades de seu curso de mestrado recém aprovado pela CAPES com nota 3, sob a coordenação do professor Baumvol. O programa contava então com alguns laboratórios que já existiam na universidade e poucos professores com diploma de doutor, e oferecia o único curso de pós-graduação da universidade na área de Ciências Exatas e Engenharias.
Hoje com nota 5 na CAPES (conceito “muito bom”), o programa possui mais de 20 laboratórios e um corpo docente com 70% de bolsistas de produtividade. Desde 2012, o PGMAT oferece também um curso de doutorado, que tem atualmente 19 alunos.
Outra conquista do programa foi a assinatura de um convênio com a Escola Europeia de Engenheiros em Engenharia de Materiais (EEIGM, na sigla em francês) para dupla diplomação em nível de mestrado. Duas mestras já se formaram com esse duplo diploma depois de realizar atividades acadêmicas na UCS e na EEIGM, sediada na cidade francesa de Nancy.
Quanto à produção científica, mais de 300 artigos foram publicados em periódicos internacionais pelos docentes e discentes do programa em seus 10 anos de existência.
Impacto da pesquisa na indústria
Desde o início, a equipe do PGMAT-UCS procurou a interação com empresas da região, embasada na afinidade que a Ciência e a Engenharia de Materiais têm com quase todos os segmentos industriais. Assim, já em 2003, os docentes da UCS envolvidos na criação do programa visitaram empresas de Caxias do Sul para levantar suas demandas.
Em várias oportunidades ao longo de sua história, o PGMAT-UCS pôde contar com recursos de empresas e entidades do setor industrial, principalmente, do Sindicato das Indústrias Metalúrgicas, Mecânicas e de Material Elétrico de Caxias do Sul (SIMECS), os quais complementaram as verbas públicas na compra de equipamentos para os laboratórios do programa.
Em seus 10 anos de existência, o PGMAT-UCS diplomou 90 mestres. Dentre eles, 45% trabalham em empresas da região, 10% são docentes universitários e 30% fazem ou fizeram doutorado.
Em alguns casos, os próprios trabalhos de mestrado foram fundamentais para o desenvolvimento de novos produtos na região. Esse foi o caso do Celtrav®, um material de alto desempenho para ser usado em molas e batentes, que compõe o portfólio de produtos da empresa Travi. Uma pesquisa de mestrado no PGMAT também foi importante no desenvolvimento de um revestimento para ornamentos utilizados em algumas linhas de calçados da fabricante Grendene. Segundo informações da empresa, cerca de 18 milhões de pares de calçados com esses enfeites foram comercializados em 2013.
Jovens empreendedores que fundaram empresas de base tecnológica a partir de trabalhos desenvolvidos no PGMAT também estão entre os estudantes e egressos do programa. A Plasmar Tecnologia, uma dessas empresas spin-off, atende hoje centenas de indústrias da região com tratamentos de superfície a plasma que melhoram o desempenho e a vida útil de moldes, matrizes e outras peças e componentes. O outro exemplo é a Fineza, empresa recém-lançada ao mercado, dedicada a fabricar e comercializar produtos de casa e cozinha com revestimentos decorativos que foram otimizados dentro de um trabalho de mestrado do programa.
Artigo em destaque: Engenharia precisa na fabricação de válvulas de spin.
O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:
T. E. P. Bueno, D. E. Parreiras, G. F. M. Gomes, S. Michea, R. L. Rodríguez-Suárez, M. S. Araújo Filho, W. A. A. Macedo, K. Krambrock and R. Paniago. Noncollinear ferromagnetic easy axes in Py/Ru/FeCo/IrMn spin valves induced by oblique deposition. Appl. Phys. Lett. 104, 242404 (2014). DOI: 10.1063/1.4883886.
Artigo de divulgação:
Engenharia precisa na fabricação de válvulas de spin.
A produção e caracterização de válvulas de spin é o tema de um trabalho de colaboração entre pesquisadores do Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), do Laboratório de Física Aplicada do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN) e da Pontifícia Universidade Católica do Chile, cujos resultados foram recentemente publicados no prestigiado periódico Applied Physics Letters (APL).
Válvulas de spin são dispositivos formados por três ou mais camadas de espessura nanométrica compondo um sanduíche de materiais magnéticos e não magnéticos. Sensores constituídos por tais estruturas cumprem papel fundamental na leitura das informações gravadas nos discos rígidos, entre outras aplicações.
O funcionamento das válvulas de spin se baseia num efeito chamado “magnetorresistência gigante”, que foi o motivo do Prêmio Nobel de Física de 2007. A magnetorresistência gigante nas válvulas de spin consiste numa grande alteração da resistência elétrica frente à ação de um campo magnético. Essa resistência depende da orientação relativa entre as magnetizações das camadas compostas por material magnético.
A magnetização de um material magnético é determinada pela orientação dos spins de seus elétrons. Os elétrons possuem duas características intrínsecas: carga elétrica e momento magnético, esta última conhecida como spin. Explorar o grau de liberdade do spin do elétron em adição à sua carga levou ao surgimento de um novo campo de pesquisa, denominado spintrônica.
Então, na magnetorresistência gigante das válvulas de spin, quando as camadas de material magnético têm a mesma direção e sentido de magnetização, o dispositivo diminui sua resistência elétrica e se torna um melhor condutor da eletricidade. Já quando as camadas magnéticas adquirem sentidos opostos de magnetização, acontece um significativo aumento da resistência elétrica.
Para compreender melhor esse efeito e, mais adiante, os resultados apresentados no artigo da APL, é importante lembrar que a magnetização é uma grandeza física vetorial e que, portanto, além de possuir uma intensidade (chamada módulo), ela tem uma direção (paralela, perpendicular) e um sentido (indicado pela ponta da seta que representa o vetor). Geralmente, multicamadas metálicas compostas por materiais magnéticos separados por uma camada não magnética, como as válvulas de spin, têm as magnetizações das camadas ferromagnéticas acopladas, explica Thiago Bueno, primeiro autor do artigo da APL e aluno do Doutorado em Física da UFMG, orientado pelo professor Roberto Magalhães Paniago. Esse acoplamento pode resultar em magnetizações paralelas (chamadas “colineares”) com mesmo sentido ou com sentidos opostos, e também em magnetizações não colineares, como mostra esta figura:
Entretanto, magnetizar as camadas magnéticas da válvula de spin não ocorre de forma homogênea em todas as direções; elas apresentam a chamada anisotropia magnética. “A anisotropia magnética é uma importante propriedade magnética, pois estabelece a direção fácil de magnetização”, destaca Thiago Bueno. “Esta propriedade é determinada por uma série de fatores, dentre eles os tipos de materiais, a espessura das camadas, e os detalhes do método de fabricação de amostras”.
No trabalho que originou o artigo da APL, a equipe de cientistas realizou alguns ajustes no método de fabricação das válvulas de spin, conseguindo interessantes resultados nas propriedades desses dispositivos.
Controlando a direção da magnetização
“Este trabalho só foi possível devido à ótima colaboração entre as partes, da preparação de amostras de ótima qualidade, medidas experimentais precisas, interpretação dos dados, até a publicação dos resultados”, destaca Thiago Bueno.
Inicialmente, no Laboratório de Física Aplicada do CDTN, localizado em Belo Horizonte (MG), a equipe fabricou filmes finos compostos por multicamadas com espessura de algumas dezenas de nanometros. Os filmes foram obtidos por meio da técnica conhecida como magnetron sputtering, na qual íons de argônio são acelerados contra os alvos que contêm os materiais a ser depositados, arrancando seus átomos. Com o auxílio dos magnetrons, esses átomos são depositados sobre um substrato, formando as camadas dos filmes. “Por meio dessa técnica é possível obter filmes com composição química, espessura e morfologia estrutural bem determinada”, explica Thiago Bueno.
Neste estudo, os cientistas montaram um esquema de deposição oblíqua ao dispor os magnetrons do equipamento fazendo um ângulo de 72o entre eles e inclinados com relação à amostra, conforme mostra a imagem à direita.Usando esse esquema de deposição oblíqua, os cientistas fabricaram válvulas de spin com camadas ferromagnéticas de até 10nm de espessura, compostas pelas ligas metálicas permalloy(Py) e FeCo, e separadas por uma camada não magnética de rutênio (Ru) de espessura entre 1 nm e 3,5 nm. Os dispositivos foram caracterizados no Departamento de Física da UFMG usando ressonância ferromagnética (FMR), uma técnica extremamente sensível que fornece relevantes informações sobre a magnetização dos materiais.
Após a interpretação dos resultados experimentais, da qual participaram pesquisadores da Pontifícia Universidade Católica do Chile, os cientistas concluíram que a deposição oblíqua induziu direções de magnetização não paralelas (não colineares) nas camadas ferromagnéticas das válvulas de spin fabricadas. “O ângulo entre os eixos fáceis, aproximadamente igual ao ângulo entre os magnetrons, fora determinado pela geometria de fabricação”, reforça o autor Bueno. “Uma das principais contribuições do nosso trabalho é a demonstração de que é possível se fabricar válvulas de spin onde os eixos de fácil magnetização das camadas ferromagnéticas (Py e FeCo) são não colineares”, resume.
De acordo com o doutorando, que foi o idealizador do projeto, ao iniciar o trabalho os autores já conheciam os efeitos da deposição oblíqua em bicamadas ferromagnética/antiferromagnética. Com este estudo, a equipe deu um passo além e investigou esses efeitos em uma estrutura mais complexa, a válvula de spin.
“Acreditamos que nosso trabalho impulsionará outros pesquisadores a fabricar esses dispositivos buscando novas configurações magnéticas entre as camadas da válvula de spin, além das tradicionalmente usadas”, completa Bueno.
Entrevistas com plenaristas do XIII Encontro da SBPMat: Luís Carlos (Universidade de Aveiro, Portugal).
“Luminescência aplicada à nanomedicina” é o tema de uma das palestras plenárias que a comunidade de pesquisa em Materiais vai poder assistir em nosso XIII Encontro da SBPMat (João Pessoa, 28 de setembro a 2 de outubro). O palestrante será o físico português Luís António Ferreira Martins Dias Carlos, professor titular da Universidade de Aveiro (Portugal), o qual obteve seu Doutorado pela Universidade de Évora (Portugal) em 1995 com um trabalho sobre fotoluminescência de eletrólitos poliméricos incorporando sais de lantanídeos.
Na Universidade de Aveiro, em 2000, Luís Carlos fundou um grupo de pesquisa voltado para híbridos orgânico-inorgânicos funcionais. O grupo estabeleceu uma rede internacional de contatos dedicada a esses materiais híbridos luminescentes, contando com mais de 30 grupos de pesquisa na Europa, China, Japão, Singapura, Brasil e Austrália. Também em Aveiro, desde 2009, Luís Carlos é o vice-diretor do Centro de Investigação em Materiais Cerâmicos e Compósitos (CICECO) , um dos maiores institutos europeus de pesquisa em Materiais e Nanotecnologia.
Ele é membro da Academia das Ciências de Lisboa (seção de Física) desde 2011. Também foi professor visitante da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) em 1999, 2012 e 2013, e da Universidade de Montpellier 2 (França) em 2008. Além disso, recebeu uma bolsa de “Pesquisador Visitante Especial” do CNPq, através do Programa Ciência em Fronteiras, em 2013.
Ele é coautor de mais de 345 trabalhos em publicações internacionais, 8 artigos de revisão convidados, 5 capítulos de livros e 2 patentes internacionais. Conta com mais 8.000 citações, tendo um índice H de 47. Já apresentou 40 palestras plenárias e convidadas em conferências. Também é o editor associado do Journal of Luminescence.
Segue nossa entrevista com o palestrante.
Boletim da SBPMat: – Existem aplicações de materiais luminescentes em nanomedicina que já estejam no mercado/na sociedade? Por favor, dê alguns exemplos de impacto.
Luís Carlos: – Sim, sem dúvida, existem materiais luminescentes com importantes aplicações em nanomedicina que estão já no mercado. Posso destacar dois exemplos:
– Complexos orgânicos de iões lantanídeos (como, por exemplo, criptatos e β-dicetonatos) são comercializados como agentes de contraste para imagem por ressonância magnética (usando essencialmente Gd3+) e como marcadores luminescentes (usando Eu3+, Sm3+ e Tb3+) para fluoroimunoensaios. Fluoroimunoensaio é um método de imunologia para diagnóstico clínico particularmente relevante na triagem neonatal e pré-natal e na detecção de proteínas, vírus, anticorpos, bio marcadores tumorais e resíduos de fármacos. É interessante mencionar neste contexto o trabalho realizado por vários pesquisadores do INCT INAMI (Brasil) na implementação em ambiente hospitalar de um protótipo para o desenvolvimento de métodos de diagnóstico por fluoroimunoensaio da leishmaniose tegumentar americana, do câncer da próstata (PSA) e da lipoproteína de baixa densidade (LDL) utilizando antígenos recombinantes marcados com complexos de iões lantanídeos (e.g. Eu3+, Tb3+ e Nd3+). O mercado mundial de agentes de contraste e marcadores luminescentes baseados em iões lantanídeos é avaliado em várias centenas de milhões de dólares americanos.
– Nanopartículas luminescentes (“quantum dots”, QDs – ou pontos quânticos, em português -, e nanocristais incorporando iões lantanídeos) têm ganho um protagonismo incrível nos últimos anos graças a importantíssimas aplicações no diagnóstico por imagem óptica e em técnicas de terapia. Estimativas recentes avaliam o mercado mundial de nanopartículas luminescentes na área da saúde em mais de 20 milhões de dólares americanos. Um exemplo a destacar no tratamento de tumores é a hipertermia local. A hipertermia local, também designada como termoterapia local, é um tipo de tratamento em que os tecidos biológicos (geralmente células cancerosas) são expostos a temperaturas superiores a 45°C danificando-os irreversivelmente e provocando a sua morte (as lesões colaterais nos tecidos normais circundantes ao tumor são, em geral, mínimas). Inúmeros ensaios clínicos de hipertermia são realizados actualmente em todo o mundo para melhor compreender e aperfeiçoar a técnica. Por exemplo, a utilização de nanopartículas luminescentes ou magneto-luminescentes (com iões magnéticos como o Ferro ou o Cobalto) vectorizadas para se ligarem a pontos específicos nas células cancerígenas, para permitir, respectivamente, o aquecimento local por absorção de radiação electromagnética e por indução magnética é um novo tipo de hipertermia local. O controlo preciso da temperatura na área de irradiação limitando os efeitos deste aumento de temperatura sobre outras partes do corpo é, ainda, um desafio decisivo para a vulgarização da técnica.
Boletim da SBPMat: – Muito brevemente, quais seriam os principais desafios na área de luminescência aplicada à nanomedicina?
Luís Carlos: – Destaco dois exemplos. A melhoria de técnicas de imagem de diagnóstico e o desenvolvimento de micro/nanotermómetros luminescentes que permitam mapear com uma resolução da ordem do décimo de grau a temperatura intracelular.
Centros emissores na região do infravermelho próximo (e.g. iões lantanídeos como o Nd3+ e o Yb3+, QDs e corantes orgânicos) têm grandes vantagens relativamente aos emissores na região do visível para aplicações de imagem em nanomedicina. Por exemplo, os tecidos biológicos têm uma menor autofluorescência na janela do infravermelho próximo, permitindo uma melhor discriminação sinal-ruído e melhorando a sensibilidade à detecção. Além disso, os fotões no infravermelho próximo interagem menos com os tecidos biológicos, em comparação com os fotões na região do visível, diminuindo, assim, o risco de perturbar ou danificar os sistemas biológicos que estão a ser observados. Assim, a síntese de novas nanopartículas luminescentes emitindo eficientemente no infravermelho próximo (apresentando, nalguns casos, luminescência persistente, isto é, emissão de luz que se prolonga por minutos, horas ou mesmo dias, após o final da excitação) provocará, sem dúvida, uma revolução na microscopia de fluorescência com o desenvolvimento de técnicas de imagem in vitro e in vivo no infravermelho próximo (cuja radiação penetra mais profundamente nos tecidos biológicos, quando comparada com a luz visível).
O desenvolvimento de micro/nanotermómetros luminescentes que permitam mapear a temperatura intracelular, em particular em células cancerígenas, vai, seguramente, melhorar a percepção que temos actualmente sobre a sua patologia e fisiologia optimizando diagnósticos prematuros e processos terapêuticos (como vimos acima no caso da hipertermia local). Estes termómetros não invasivos serão uma ferramenta decisiva para compreendermos melhor um conjunto de processos celulares que são acompanhados por alterações da temperatura, por exemplo, a divisão celular, a expressão genética, ou alterações na actividade metabólica. Finalmente, o desenvolvimento de nanotermómetros luminescentes na região do infravermelho próximo capazes de sensoriamento térmico e penetrando mais profundamente nos tecidos biológicos abrirá a porta para o sensoriamento térmico e de imagem in vivo (numa primeira fase em pequenos animais).
Boletim da SBPMat: – Na sua própria avaliação, quais são as principais contribuições à Ciência e Engenharia de Materiais que você fez durante sua carreira científica? Por favor, acrescente à resposta uma seleção de 3 ou 4 publicações destacadas da sua autoria.
Luís Carlos: – Normalmente os nossos trabalhos mais recentes têm tendência a parecer-nos os mais importantes…Apesar desta constatação, entendo que as minhas principais contribuições para a Ciência e Engenharia de Materiais estão relacionados com o desenvolvimento de i) materiais híbridos orgânicos-inorgânicos luminescentes, ii) nanotermómetros raciométricos baseados na emissão característica de pares de iões lantanídeos (Eu3+/Tb3+ e Er3+/Yb3+) e iii) nanoplataformas combinando nanoaquecedores (partículas metálicas de Ouro ou Prata) e nanotermómetros, que permitem o aumento local da temperatura por irradiação laser e simultaneamente a medida precisa desse mesmo aumento de temperatura. Os quatro trabalhos seguintes ilustram estas contribuições:
1. Full Colour Phosphors From Eu(III)-Based Organosilicates. L. D. Carlos, Y. Messaddeq, H. F. Brito, R. A. Sá Ferreira, V. de Zea Bermudez, S. J. L. Ribeiro, Adv. Mater. 12, 594–598 (2000)
2. Nanoscopic Photoluminescence Memory as a Fingerprint of Complexity in Self-Assembled Alkylene/Siloxane Hybrids. L. D. Carlos, V. de Zea Bermudez, V. S. Amaral, S. C. Nunes, N. J. O. Silva, R. A. Sá Ferreira, J. Rocha, C. V. Santilli, D. Ostrovskii, Adv. Mater. 19 341–348 (2007)
3. A Luminescent Molecular Thermometer for Long-Term Absolute Temperature Measurements at the Nanoscale. C. D. S. Brites, P. P. Lima, N. J. O. Silva, A. Millán, V. S. Amaral, F. Palacio, L. D. Carlos, Adv. Mater. 22, 4499–4504 (2010)
4. All-In-One Optical Heater-Thermometer Nanoplatform Operative From 300 to 2000 K Based on Er3+ Emission and Blackbody Radiation. M. L. Debasu, D. Ananias, I. Pastoriza-Santos, L. M. Liz-Marzan, J. Rocha, L. D. Carlos, Adv. Mater. 25, 4868–4874 (2013)