Pesquisadores sem remuneração: Bruno César da Silva.


Bruno da Silva em um laboratório de pesquisa em 2019, durante seu doutorado.
Bruno da Silva em um laboratório de pesquisa em 2019, durante seu doutorado.

No início de 2020, o jovem Bruno César da Silva estava muito entusiasmado. Depois de seis meses participando de um processo seletivo internacional, ele tinha conseguido uma vaga de pesquisador temporário em um instituto de pesquisa da cidade de Grenoble (França). Pago pelo governo francês, ele se dedicaria a estudar em detalhe as propriedades dos nanofios semicondutores e algumas de suas possíveis aplicações. De fato, esses fios diminutos poderão ser usados em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos no futuro, mas, para isso, precisam ser melhor compreendidos e controlados.

No mestrado e no doutorado em Física, realizados na UNICAMP, Bruno tinha estudado, precisamente, nanofios semicondutores, e, contando sempre com orientação de bons professores, tinha adquirido sólido conhecimento no conjunto de técnicas requeridos pela vaga. “Achar alguém que tenha um background em todos os tópicos que a vaga pedia é difícil, mas eu tive a sorte, a vontade e a oportunidade de ganhar experiência em todas essas áreas”, conta Bruno. Além disso, o jovem é autor principal de dois artigos publicados em periódicos científicos muito renomados (Nano Letters e Scientific Reports). Apesar de não contar com uma quantidade expressiva de artigos, a produção do Bruno, gerada no doutorado, chamava a atenção pela qualidade.

Mas a formação de Bruno em pesquisa científica começou já no ensino médio, dentro do programa Iniciação Científica Júnior do CNPq (o principal órgão de apoio à pesquisa no Brasil), e continuou na graduação em Física na Universidade de Lavras, como bolsista de iniciação científica da FAPEMIG (a fundação de apoio à pesquisa de Minas Gerais). Ainda na graduação, Bruno teve a sua primeira experiência de pesquisa no exterior, em uma universidade espanhola, como bolsista do programa Ciência sem Fronteiras, realizado pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação em conjunto com o Ministério da Educação. “A minha formação é fruto de políticas e investimentos públicos”, diz Bruno. De fato, em todas as etapas, Bruno contou com bolsas financiadas com recursos públicos. Iniciou com menos de 100 reais na iniciação júnior e chegou a cerca de 3.600 reais no final do doutorado com uma bolsa da FAPESP, que é a fundação de apoio à pesquisa do Estado de São Paulo.

Mudança abrupta de planos

Bruno estava com passagem comprada e hospedagem reservada para começar a sua vida em Grenoble quando a OMS declarou a pandemia de Covid-19 em meados de março. Em consequência, a contratação no instituto de pesquisa foi suspensa, e Bruno começou a procurar outras oportunidades. Buscou no Brasil e no exterior. Buscou bolsas de pós-doutorado e empregos de pesquisador ou de cientista de dados – uma área profissional ligada à matemática e à computação.

Sem oportunidades e sem renda, Bruno, com 32 anos, voltou à casa dos pais em Jacareí (SP), solicitou o auxílio emergencial do governo e se dedicou a finalizar artigos científicos sobre resultados do doutorado e a fazer cursos online para redirecionar a carreira.

Finalmente, seis meses depois da data planejada, Bruno assumiu seu cargo temporário no instituto de pesquisa francês. E já está há mais de um mês trabalhando com os nanofios, muito feliz. “Aqui, nós, doutores recém-formados, somos tratados como profissionais, e pagamos impostos como qualquer trabalhador”, brinca o brasileiro, fazendo uma comparação implícita com a situação de bolsistas que os jovens doutores têm no Brasil. Depois da experiência em Grenoble, ele planeja prestar concurso para ser professor pesquisador em alguma universidade brasileira. No entanto, diz Bruno, se a situação de escassez de recursos para ciência se prolongar no Brasil, ele continuará construindo uma carreira no exterior. “Acho importante retornar para a sociedade brasileira o investimento na minha formação através da docência e da realização de pesquisas que possam contribuir para o desenvolvimento do meu país. Somos capazes de fazer ciência de qualidade no Brasil, mas precisamos das condições necessárias”, conclui.

Link para o CV Lattes de Bruno César da Silva http://lattes.cnpq.br/9372271927420661.

Artigo científico em destaque: variações no diâmetro de nanofios e o papel das instabilidades no crescimento.


O artigo científico de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:

D. S. Oliveira, L.H.G. Tizei, D. Ugarte, M. A. Cotta. Spontaneous Periodic Diameter Oscillations in InP Nanowires: The Role of Interface Instabilities. Nano Letters, 2013, 13 (1), pp 9–13. DOI: 10.1021/nl302891b.

 

Texto de divulgação:

Nanofios semicondutores com variações periódicas de diâmetro: instabilidades no crescimento dos nanofios.

Ao produzir nanofios do composto semicondutor fosfeto de índio (InP), pesquisadores do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp observaram no microscópio eletrônico de varredura uma particularidade interessante. Um dos grupos de nanofios exibia marcadas variações de seu habitual formato cônico, apresentando partes mais grossas, tipo pneuzinhos, periodicamente ao longo do nanofio.

As variações no diâmetro apareciam em quase 80% dos nanofios de cinco nanometros de diâmetro no ápice, os mais finos, e eram muito mais visíveis perto do topo do nanofio do que na base dele. As variações tinham se gerado de maneira espontânea, mas os pesquisadores tinham mantido constantes os parâmetros de produção durante todo o processo. Por que, então, essas variações morfológicas? Os cientistas tinham pela frente o desafio de elucidar os detalhes da cinética de crescimento dos nanofios. O modelo desenvolvido por eles seria publicado, em janeiro deste ano, no periódico Nano Letters.

Imagem de microscopia de varredura de um nanofio de InP com oscilações (acima) e sem oscilações (abaixo). Barra de escala de 1 micrometro.

O crescimento dos nanofios de fosfeto de índio

Para compreender a explicação desenvolvida pelos pesquisadores brasileiros sobre a origem dessas oscilações periódicas de diâmetro, é necessário entender o processo de produção dos nanofios.

Dentre as diferentes formas de produzir um nanofio, a mais popular atualmente utiliza o mecanismo de crescimento “vapor-líquido-sólido”, conhecido pela sigla VLS. No VLS, uma pequena partícula catalisadora é depositada em um substrato dentro de uma câmera de crescimento, na qual se introduz vapor do material que vai compor o nanofio.

Na pesquisa do artigo da Nano Letters, os pesquisadores utilizaram uma nanopartícula de ouro como catalisador, um substrato de arseneto arseneto de gálio (GaAs) e uma câmera de crescimento epitaxial por feixe químico (CBE). Como o intuito era fazer nanofios de fosfeto de índio, usaram, como vapor, fosfina (PH3) e trimetil-índio (TMI), que são os precursores do índio e do fósforo para o crescimento.

Seguindo o percurso normal do processo VLS, o vapor foi absorvido pela nanopartícula de ouro mais rapidamente do que pelo substrato. Dessa maneira, a nanopartícula ficou supersaturada de índio e fósforo, possibilitando a seguinte etapa do processo, a nucleação. Assim, um núcleo sólido de fosfeto de índio se formou entre a nanopartícula de ouro, que estava em fase líquida, e o substrato. Esse núcleo se propagou e formou uma monocamada de fosfeto de índio. Com sucessivas nucleações, novas monocamadas se formaram uma em cima da outra, gerando um nanofio cada vez mais comprido. A nanopartícula catalisadora, como em todo processo VLS, ficou no topo do nanofio.

O modelo da cinética de crescimento dos nanofios

A pesquisa abordada no artigo da Nano Letters foi realizada no contexto do mestrado do aluno Douglas Soares de Oliveira, realizado no IFGW – Unicamp e orientado pela professora Mônica Cotta. Douglas está agora fazendo o doutorado com a mesma orientadora, ainda em nanofios semicondutores – tema que vem estudando desde sua primeira iniciação científica, iniciada em 2008.  Também participaram da pesquisa publicada na Nano Letters o professor Daniel Ugarte (IFGW-Unicamp) e seu ex-aluno de doutorado Luiz Tizei. “A participação deles foi imprescindível para o resultado final obtido”, diz Cotta.

Os grupos de Cotta e Ugarte têm uma longa história de colaborações e tinham publicado em 2011 um outro trabalho [Chiaramonte, T., Tizei, L. H. G., Ugarte, D., & Cotta, M. A.  Kinetic Effects in InP Nanowire Growth and Stacking Fault Formation: The Role of Interface Roughening. Nano Letters, 2011, 11 (5), PP 1934–1940. DOI:10.1021/nl200083f] que motivou o tema do mestrado de Douglas.  “Queríamos compreender melhor a rota de incorporação de átomos do grupo III, ao qual pertence o índio, na nanopartícula catalisadora, e o papel da deformação induzida na interface entre a nanopartícula e a fase sólida (substrato ou nanofio)”, contextualiza a professora Cotta.

Para isso, os pesquisadores introduziram um grande fluxo de TMI (o vapor do índio) durante o processo VLS.  “Acreditamos que nesse regime ocorre uma competição entre as duas rotas mais prováveis para a incorporação de índio no nanofio durante o crescimento, que são: via interior da nanopartícula para o nanofio, ou, diretamente, da fase vapor no ambiente para o local de crescimento na interface”, justifica Cotta.

Segundo o modelo proposto pelos pesquisadores da Unicamp, essa competição entre as rotas pode modificar estruturalmente a interface entre a nanopartícula de ouro e o nanofio durante o crescimento, alterando assim o ângulo de contato entre eles ou, em outras palavras, gerando instabilidades. “Com um ângulo de contato diferente, não é mantido o equilíbrio de forças que mantém a nanopartícula no topo do nanofio. Isso induz a nanopartícula, líquida, a descer e englobar parte do nanofio. A descida da nanopartícula pela lateral do nanofio favorece a formação de novos núcleos de fosfeto de índio que aumentam o diâmetro do nanofio”, explica a professora.

Mas por que as oscilações do diâmetro são periódicas? Porque o processo é cíclico. A professora Cotta explica que, quando a nanopartícula engloba uma parte da lateral do nanofio, o balanço das forças muda novamente, empurrando a nanopartícula para o topo do nanofio. E tudo volta a começar.

Esquema do modelo proposto na Nano Letters. Em amarelo, a nanopartícula de ouro. Em azul, a parte superior do nanofio em crescimento.

Relevância do trabalho

O modelo da cinética foi desenvolvido com base na análise da geometria, morfologia e composição de pouco mais de 100 nanofios, usando as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) com dispersão de energia de raios X (EDS) e microscopia eletrônica de transmissão. A pesquisa foi inteiramente realizada em Campinas (SP), no IFGW-Unicamp e no Laboratório de Microscopia Eletrônica do LNNANO/CNPEM.

“O estudo da cinética de crescimento de nanofios por si só já é muito importante para o desenvolvimento de materiais semicondutores com novas propriedades”, afirma Cotta. Nesse sentido, o trabalho publicado na Nano Letters mostrou um novo mecanismo para o controle, não apenas morfológico, mas também cristalográfico, dos nanofios de fosfeto de índio. Mas o fato de os nanofios de Douglas e Cotta apresentarem ápices de até cinco nanometros de diâmetro agrega ainda mais valor ao trabalho. “Em estruturas tão pequenas, pesquisas recentes indicam que variações de diâmetro têm grande potencial para aplicações na conversão de energia, por exemplo, utilizando o efeito termoelétrico”, completa a professora.

 

Para saber mais:

Dissertação de mestrado de Douglas Soares de Oliveira, intitulada Nanofios semicondutores: síntese e processos de formação: http://webbif.ifi.unicamp.br/tesesOnline/teses/IF1549.pdf