Featured scientist: Prof. Stefano Baroni (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, Italy).

Posted on domingo 15 de setembro de 2019

Many shades of blue, red and purple that we can see in the vegetable kingdom (for example, in grapes, raspberries, eggplants and flowers such as violets) are known to be generated by the presence of natural pigments called anthocyanins. However, what makes anthocyanin express in a plant a certain tone of this wide range? This intriguing basic science issue has applications of great interest to the food industry in its quest for healthier dyes from natural components.

A thorough answer will be presented in a plenary lecture of the XVIII B-MRS Meeting by Stefano Baroni, Full Professor of Condensed Matter Theoretical Physics at Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) – an institution located in Trieste (Italy), dedicated to research and graduate studies in various areas of science. Baroni has been studying that issue, using, mainly, a computational method that considers phenomena occurring at the molecular level over several time scales.

Prof. Stefano Baroni is an internationally renowned Italian scientist who loves to invent and improve computational methods to unveil the properties of matter at the molecular scale and apply them to problems of fundamental and applicative interest. For example, Baroni is one of the principal creators of Density Functional Perturbation Theory (DFPT), a computational tool that allows the study of physical properties of materials that depend on responses to external perturbations. He is also the founder and one the main instigators of the Quantum ESPRESSO, project, one of the most popular open source softwares for quantum materials modeling and calculations at the nanoscale, and founding director of the Quantum ESPRESSO Foundation.

Stefano Baroni obtained a degree in Physics from the Università di Pisa (Italy) in 1978. After that, until 1984, he was a postdoctoral fellow at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), in Switzerland. Later, he became Assistant Professor at the Department of Theoretical Physics at the Università degli Studi di Trieste until he joined SISSA in 1988. From 1994 to 1998, he was Director of CECAM, a European center for research in computational sciences and their applications, then based at the École Normale Supérieure de Lyon, in France. Thereafter, until 2003, he served as coordinator in Trieste of the Istitituto Nazione per la Fisica della Materia (INFM). From 2001 to 2008, he was Founding Director of the DEMOCRITOS national simulation center, now part of the Italian CNR. Baroni has been a visiting professor at many institutions around the world, including Université Pierre et Marie Curie (France), Princeton University (USA), University of Minnesota (USA), University of Sydney (Australia), University College London (UK).

See our mini interview with Prof. Stefano Baroni.

B-MRS Newsletter: – We´d like to know more about your scientific work. Please choose one or two of your favorite/ high-impact contributions, briefly describe them, and share the references.

For forty years my research has been motivated by the attempt to solve the fundamental equations that determine the properties of materials at the atomic scale, in the most realistic conditions practically accessible to computational science. While this effort, which I shared with many scientists more talented than me around the world, is having a tremendous impact in many and diverse technologies, as this Conference convincingly witnesses, my own motivation has been, how to say?, a bit “swotty”? Theorists like me strive to understand. Geniuses sometimes understand what they cannot teach or do not care to implement. Ordinary swots have to do, implement, and teach in order to convince themselves they have understood, and this is what I have been doing all my life, like a Renaissance craftsman. I am probably mostly known for density functional perturbation theory [https://doi.org/10.1103/RevModPhys.73.515], a technique that Paolo Giannozzi and I introduced in the late 80s [https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.58.1861] and that is now considered the state of the art in the simulation of the vibrational properties of condensed matter. In the late 00s my colleagues and I generalised this technique to account for the dynamical phenomena that are probed in optical spectroscopies [https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.113001, https://doi.org/10.1063/1.2899649]. This work provided the methodological motivation for me to enter the field of molecular spectroscopy, which eventually led me to study the color of flowers and fruits. The challenge to compute what others believe cannot be computed was also the motivation for me to enter the fascinating field of heat and charge transport in condensed matter, a senile passion I will have the privilege to report on in Symposium S of this conference on September 24 at 9:30 [https://doi.org/10.1038/nphys3509, https://doi.org/10.1038/s41598-017-15843-2, https://doi.org/10.1038/s41467-019-11572-4, https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.255901, https://doi.org/10.1038/s41567-019-0562-0].

B-MRS Newsletter: – The subject of the talk aroused our curiosity. Could you tell us what led you to study these pigments? Does it have to do with industrial interest? With the search for fundamental answers? With the application of a new methodology?

As mentioned before, I was drawn to molecular spectroscopy while seeking useful applications for a new computational method that my collaborators and I had devised to deal with dynamical perturbations to quantum-mechanical systems. Ask around what would be the most important application of molecules absorbing light, and many would answer: “solar cells to produce clean, inexhaustible, energy”. So we went, and we were induced into the wrong thinking that efficient and inexpensive solar cells could be manufactured “using fruit juice” (i.e. using anthocyanins as the light-absorbing element of a photovoltaic device). It soon became clear that while the principle per se is not wrong (in fact, organic solar cells based on it are routinely assembled and used for educational purposes https://www.teachengineering.org/activities/view/uoh_organic_activity1, https://education.mrsec.wisc.edu/titanium-dioxide-raspberry-solar-cell/) the stability and efficiency of the resulting device are far too poor for industrial purposes. Meanwhile, our work attracted some attention, and I was invited to some important meetings on solar energy. On one occasion, I declined the invitation knowing that our work could not have a real impact in the field. The organisers flatteringly insisted, and I finally accepted under the condition that I would not talk of solar energy, but of the color of fruits and flowers, which had meanwhile started to arouse my curiosity. A few months later I was approached by a representative of a head-hunting company who, seeking an expert in the molecular simulation of natural dyes on behalf of a major multinational food manufacturer, had stumbled across the abstract of my talk. When I received the telephone call I thought it was a prank and I almost hung up on her. I resisted the impulse, and that was the beginning of an exciting five-years adventure in industrial research, which I never thought I would have lived and whose story I will tell in Balneário Camboriú …

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.

Interviews with plenary speakers of the XV Brazil-MRS Meeting: Susan Sinnott (Penn State, USA).

Posted on quarta-feira 31 de agosto de 2016

Computational methods make a difference when the challenge is to develop a new material for a given technology or to adjust material properties to fit a specific application.

In the end of September, the computational materials scientist Susan Sinnott will talk about this topic of her expertise in a plenary lecture at the XV Brazil-MRS Meeting. Sinnott is Professor and Department Head of Materials Science and Engineering at Pennsylvania State University (USA). She is also the editor-in-chief of “Computational Materials Science” (Elsevier).

Susan Sinnott received her B.S. degree in Chemistry (with honors) from the University of Texas in 1987 and her doctoral degree in Physical Chemistry from Iowa State University in 1993. Then she worked as a postdoctoral associate at the U.S. Naval Research Laboratory until 1995. After that, she became a faculty member of the University of Kentucky. In 2000, she began her tenure at the University of Florida (UF). In 2012, she was named the Alumni Professor of Materials Science and director of the Cyberinfrastructure for Atomistic Materials Science at UF. In 2013, she was president of the American Vacuum Society (AVS). In 2015, she joined the Pennsylvania State University (Penn State).

Susan Sinnott is the author of more than 210 refereed journal papers and 8 book chapters. She has over 10,000 citations and an h-index of 46, according to Google Scholar.

She is a Fellow of the Materials Research Society, American Physical Society, American Ceramic Society, American Vacuum Society, and American Association for the Advancement of Science.

In the XV Brazil-MRS Meeting, Susan Sinnott will not only deliver the plenary lecture “Role of Atomic-Scale Modeling in Materials Design and Discovery”, but also take part in the roundtable “Meet the editors” to discuss scientific publication issues. Besides her position as editor-in-chief of “Computational Materials Science”, this scientist serves as associate editor, principle editor and divisional associated editor for other journals.

Here follows a short interview with the scientist.

SBPMat newsletter: – In your opinion, what are your most significant contributions to the field of materials modeling? Explain them very briefly and, if possible, share references of resulting publications or patents, products etc.

Susan Sinnott: – My research program uses computational atomistic methods to design and investigate materials. This area has seen tremendous growth in the last two decades because of a combination of factors, including the increasing availability and low cost of fast computers, the refinement of atomistic methods, the shrinking of device dimensions, and the improved ability of experimentalists to study materials at the nanometer scale. It approaches well-established continuum level modeling (such as finite element analysis) and fluid dynamics at high length scales (100s-1000s nanometers), and overlaps with traditional physics and chemistry at small length scales (1-10 nanometers).

A major contribution from my research group is the development of inventive methods to enable the modeling of new material systems at the atomic level. In particular, my collaborators and I developed a new empirical, reactive potential for molecular dynamics simulations that allows for the modeling of heterogeneous material systems at the atomic scale, something that has traditionally only been possible with computationally intensive first principles methods such as density functional theory. This method has allowed us to investigate such otherwise intractable problems as Cu thin film growth on ZnO surfaces, and model the catalytic activity of metal clusters on oxide surfaces. These potentials have been incorporated into an open-source massively parallel molecular dynamics software developed at Sandia National Laboratory to make them available to the modeling community.

Some relevant publications are:

“Simulating Multifunctional Structures”, S.R. Phillpot and S.B. Sinnott, Science 325, 1634-1635 (2009).
“Classical atomistic simulations of surfaces and heterogeneous interfaces with charge-optimized many body potentials”, T. Liang, T-R. Shan, Y.-T. Cheng, B.D. Devine, M. Noordhoek, Y. Li, Z. Lu, S.R. Phillpot, and S.B. Sinnott, Materials Science and Engineering Reports 74, 255-279 (2013).

SBPMat newsletter: – In the abstract of your plenary lecture, you mention the concept of “materials by design”. Could you explain this idea in a few words? Today, is “materials by design” a fact or a promise?

Susan Sinnott: – The ability to design a material with desired properties a priori using computational methods has been a promise of the field of computational materials science for many years. This promise relies on designing materials that do not currently exist or with properties that are desired from compositions that are largely unknown. The day that we can input the properties desired for a given part or device into a computer and have it predict the composition and microstructure or morphology needed to produce those properties has not yet arrived but remains the ultimate goal of “materials by design” initiatives. Currently, the integration of computational and experimental approaches is more complete than ever before. This enables computational materials science methods to make predictions that can be subsequently validated, and for experimental observations to be explained. Advances depend on continued improvements in the accuracy and predictability of computational methods along with continuing improvements in the linkages of the computational results to data from experimental characterization and production methods. An integral component to the new paradigm for materials design and discovery is the production and integration of datasets from calculations, simulations, experiments, or a combination of all of these. Therefore the seamless integration of database mining and materials informatics methods with conventional experimental and computational materials science methods is required. Lastly, the materials community must reach a critical comfort level and associated understanding of the strengths and limitations of coupling these methods so that such comparisons can be made on a routine basis.

A relevant paper that discusses these ideas in more detail is:

“Material design and discovery with computational materials science”, S.B. Sinnott, Journal of Vacuum Science and Technology A 31, 050812 (2013)

SBPMat newsletter: – If you desire, leave an invitation for our readers to go to your plenary lecture at the XV Brazil-MRS Meeting.

Susan Sinnott: – I invite you to find out more at my plenary lecture at the XV Brazil-MRS Meeting.

Link to the abstract of Susan Sinnott´s plenary lecture at the XV Brazil-MRS Meeting: http://sbpmat.org.br/15encontro/speakers/abstracts/10.pdf

Plenárias do XIII Encontro da SBPMat: ciência de alto nível com impacto social.

Posted on quinta-feira 30 de outubro de 2014

06-DSC_2324 — Muitos participantes assistiram às palestras plenárias.

A cena se repetiu diariamente enquanto durou o evento: por volta das 8h30 e cerca das 14h00, sob o forte sol de João Pessoa, filas de centenas de participantes ingressavam ao centro de convenções e se instalavam na refrigerada sala das plenárias. Nela, cientistas de carreiras muito destacadas, atestadas por seus índices H de valores entre 40 e 73, vindos da França, Portugal, Alemanha, Inglaterra, Estados Unidos e Itália, compartilharam com os participantes do encontro da SBPMat o conhecimento deles sobre temas nos quais são, sem sombra de dúvida, qualificados especialistas.

A última plenária do evento, a cargo de Robert Chang, professor do primeiro departamento de Ciência de Materiais do mundo, na Northwestern University, retomou dois assuntos que tinham sido explicitados pelo professor Arana Varela na palestra memorial e que permeariam quase todas as plenárias. O primeiro é o papel essencial da área de Materiais e, em particular, da nanotecnologia, no atendimento às necessidades e demandas da humanidade em saúde, alimentação, transporte, segurança e comunicação, e, simultaneamente, na preservação do equilíbrio do meio ambiente. Quanto ao segundo assunto, Arana Varela e Chang, que foi presidente da sociedade estadunidense de pesquisa em Materiais, a MRS, e fundador em 1991 da União Internacional de Sociedades de Pesquisa em Materiais (IUMRS), destacaram a necessidade da colaboração para enfrentar esse duplo desafio do século XXI. Nesse contexto, Chang convocou os jovens brasileiros [vídeo abaixo] a formarem parte de uma rede global lançada em 2012, a qual promove a interação de jovens pesquisadores da área em torno desses desafios mundiais por meio de uma conferência bienal e plataformas virtuais.

Mas a colaboração científica entre físicos, químicos, engenheiros, matemáticos, biólogos e outros pesquisadores para desenvolver as tecnologias necessárias, disse Chang, é insuficiente. Também é preciso, acrescentou, contar com o esforço conjunto e global de governos, empresas, comunidades, famílias e indivíduos para implantar essas tecnologias no dia-a-dia das pessoas. “Isso requer educação”, completou Chang. Nos últimos 20 anos, o cientista tem conduzido o programa Materials World Modules, que desenvolveu material interativo de ensino sobre Materiais e Nanotecnologia destinado a estudantes pré-universitários.

How can collaborative global research and education benefit the world? from Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais

Nanomedicina

O português Luís Carlos, da Universidade de Aveiro, trouxe ao XIII Encontro da SBPMat muitos exemplos de aplicações da nanotecnologia na área da saúde que estão fazendo diferença, ou podem fazê-la no curto prazo.

Especialista em materiais luminescentes, aqueles emissores de luz não resultante do calor, o cientista mostrou em sua palestra plenária que esses materiais já são de grande utilidade no diagnóstico médico. Complexos orgânicos luminescentes, por exemplo, são comercializados como agentes de contraste para imagens por ressonância magnética e como marcadores para fluoroimunoensaios (utilizados em exames pré e neonatais e na detecção de proteínas, vírus, anticorpos, resíduos de fármacos etc.).

Por sua vez, nanopartículas luminescentes (pontos quânticos e nanocristais com íons lantanídeos) despontam tanto em técnicas de diagnóstico quanto no tratamento de doenças. No último grupo se insere o processo de hipertermia, que consiste na exposição de tecidos biológicos, geralmente células cancerosas, a temperaturas superiores a 45°C, provocando sua morte, com lesões colaterais mínimas nos tecidos normais circundantes. Acompanhada de um monitoramento e controle adequado da temperatura, a técnica poderia se popularizar.

Nos últimos anos, tem sido realizados esforços por desenvolver nanotermómetros que meçam a temperatura intracelular para atender essa e outras aplicações, não só em Nanomedicina, mas também em áreas comoa Microeletrônica, Fotônica e Microfluídica. Um exemplo bem sucedido, apresentado por Luís Carlos na plenária, é o do desenvolvimento de uma plataforma nanométrica formada por nanobastões, os quais funcionam como termômetros, com nanopartículas de ouro na sua superfície, as quais funcionam como aquecedores. Uma plataforma que, em contraste com seu pequeno tamanho, pode trazer grandes benefícios ao aprimoramento da técnica de hipertermia e ao estudo dos processos de transferência de calor na nanoescala.

Luminescent materials for biomedical applications: the example of nanothermometers. from Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais

LEDs e outros dispositivos de nitreto de gálio: economia de 25% no consumo mundial de eletricidade

Quem participou do XIII Encontro da SBPMat certamente se lembrou da palestra plenária do professor da University of Cambridge, Sir Colin Humphreys, quando foi anunciado o Prêmio Nobel de Física de 2014 para três cientistas japoneses cujos trabalhos foram essenciais para o desenvolvimento das lâmpadas de LED de luz branca. O material escolhido pelos laureados quando decidiram enfrentar o desafio de criar o LED azul que viabilizaria o LED emissor de luz branca foi o nitreto de gálio, objeto da palestra de Sir Colin.

De fato, o professor é especialista nesse material. Criador e diretor de um centro de pesquisa em Cambridge dedicado ao nitreto de gálio, Humphreys também criou dois empreendimentos para explorar comercialmente a tecnologia desenvolvida por seu grupo de pesquisa para fabricação de LEDs para iluminação de baixo custo, crescidos sobre “wafers” de silício relativamente grandes, de uns 15 cm. Em 2012, as spinoffs foram compradas pela Plessey, fabricante de produtos baseados em materiais semicondutores com mais de 50 anos no mercado, que hoje está fabricando esses LEDs no Reino Unido.

A lâmpada LED de nitreto de gálio hoje oferece uma das maiores durabilidades do mercado – 100.000 horas de uso, o equivalente a 69 anos sem trocar a lâmpada, contra 1.000 horas de vida da lâmpada incandescente e 10.000 da fluorescente. Esses LEDs também apresentam alta eficiência energética, de 100 a 200 lumens (quantidade de luz emitida em um segundo) por watt de potência consumida.

Na plenária, Sir Colin mostrou que a ampla utilização de LEDs em iluminação (um dos poucos segmentos em que ainda não se universalizou o uso de dispositivos de alta eficiência energética) resultaria numa economia de cerca de 15% no total de eletricidade consumida no planeta e, portanto, numa notória redução nas emissões de dióxido de carbono.

Mais energia pode ser economizada, disse o professor de Cambridge, substituindo o silício por nitreto de gálio, também nestes casos mais eficiente no uso da eletricidade, em diversos dispositivos eletrônicos. No total, concluiu Humphreys, até 25% de toda a eletricidade usada hoje no mundo poderia ser economizada. Motivo que, acrescido a outras aplicações do nitreto de gálio no campo da saúde, foi suficiente para o cientista britânico afirmar que esse material criado pelo homem é um dos mais importantes.

How gallium nitride can save energy, purify water, be used in cancer therapy and improve our health! from Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais

Semicondutores orgânicos: OLEDs e células solares em destaque

Da mesma forma que os LEDs, os OLEDs, que são fabricados com materiais orgânicos que justificam a letra “O” da sigla, convertem diretamente a eletricidade em luz e são, portanto, dispositivos de alta eficiência potencial, a qual vem sendo efetivamente melhorada ano a ano. LEDs e OLEDs, cada um com seus diferenciais, já concorrem em alguns mercados, como o de displays e, de maneira mais incipiente no caso dos orgânicos, no de iluminação.

Junto com as células solares orgânicas, os OLEDs foram foco da palestra plenária de Karl Leo, professor da universidade alemã TU Dresden e da árabe-saudita KAUST, autor de mais de 550 papers com 23.000 citações e 50 famílias de patentes, além de fundador de 8 empresas spinoff, como as hoje consolidadas Heliatek e a Novaled, que fabricam células solares orgânicas e OLEDs, respectivamente.

O professor Leo compartilhou com o público uma importante quantidade de resultados conseguidos por seus grupos de pesquisa no que diz respeito a melhorar o desempenho de dispositivos semicondutores orgânicos. Junto a seus colaboradores, Karl Leo tem desenvolvido um extenso trabalho sobre a dopagem de semicondutores orgânicos das camadas de transporte de OLEDs e células solares para aumentar significativamente sua condutividade elétrica – trabalho que resultou, por exemplo, na obtenção de OLEDs emissores de luz branca com eficiência energética mais alta do que a dos tubos fluorescentes.

Highly efficient organic devices. from Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais

11-211 — A partir da esquerda: A. Salleo, F. So, R. Faria, H. von Seggern e J. Nelson.

Karl Leo não foi o único cientista destacado internacionalmente presente em João Pessoa representando a área de semicondutores orgânicos. Na quarta-feira à tarde, uma mesa redonda organizada pelo Simpósio D reuniu quatro desses renomados especialistas: Alberto Salleo (Stanford University), Franky So (University of Florida), Heinz von Seggern (TU Darmstadt) e Jenny Nelson (Imperial College London). Moderada por um destacado cientista brasileiro da área, Roberto Mendonça Faria, professor do Instituto de Física de São Carlos da USP e presidente da SBPMat, o painel congregou dezenas de participantes do encontro, de diversas idades, que participaram ativamente do debate. Em torno do tema dos desafios da eletrônica orgânica, da pesquisa básica à produção em massa (ou produção individual, conforme apontou um jovem do público chamando a atenção para as técnicas de impressão em 3D), diversos assuntos dos campos científico, industrial e social foram abordados pelos membros do painel a partir das perguntas do público. “Felizmente, existem desafios para a Ciência dos Materiais. Infelizmente, desafios existem para a produção em massa”, resumiu o professor Faria, retomando, de alguma maneira, uma das primeiras falas da mesa redonda, em que a professora Jenny lamentou que a comunidade científica celebrasse muito mais o desenvolvimento de um dispositivo que funciona do que a compreensão dos motivos pelos quais determinado dispositivo não funcionou.

Alberto Salleo, criador em Stanford de um grupo que vem estudando a relação entre estrutura e propriedades em semicondutores poliméricos para melhor compreender a geração e transporte de cargas nesses materiais, também proferiu uma plenária no evento. Na palestra, Salleo colocou em dúvida a universalidade de um pressuposto difundido no ambiente científico que relaciona um alto grau de cristalinidade (ou ordem) na microestrutura desses polímeros a uma mobilidade de cargas mais alta ou a um melhor desempenho dos dispositivos. O cientista mostrou que a desordem é boa para as células solares orgânicas e citou exemplos de polímeros semicondutores quase amorfos de desempenho similar a outros de estrutura muito mais ordenada.

O professor de Stanford apresentou um modelo desenvolvido no seu grupo para mostrar como funciona o transporte de cargas nos semicondutores orgânicos, materiais de microestruturas heterogêneas, caracterizadas pela coexistência de agregados ordenados e desordenados e de longas cadeias poliméricas. Para que exista uma alta mobilidade de cargas, revelou Salleo, o importante é que os agregados se conectem entre si, o que acontece por meio dos “spaghetti” poliméricos.

Ordem sim, mas sem periodicidade

Muito longe da desordem, mas também fora da ordem cristalina tradicional estão os quasicristais, tema geral da plenária do francês Jean-Marie Dubois, do Institut Jean Lamour, cuja experiência no assunto foi reconhecida pela comunidade científica por meio da criação do “Prêmio Internacional Jean-Marie Dubois”, outorgado a cada três anos a pesquisas relacionadas a quasicristais.

Dubois apresentou uma introdução sobre quasicristais, materiais nos quais os átomos estão agrupados em células unitárias de padrões ordenados (podem ser determinados por algoritmos), mas não periódicos (nunca se repetem). Belas imagens científicas e artísticas entremeadas na apresentação de Dubois permitiram visualizar essa ordem aperiódica.

O palestrante homenageou Dan Shechtman, que descobriu os quasicristais em 1982 e, após muitas brigas e resistências na comunidade científica, acabou ganhando o Prêmio Nobel de Química em 2011 e gerando uma grande mudança na visão da ciência sobre a matéria condensada ordenada. Hoje, materiais quasicristalinos são sintetizados e utilizados em diversos produtos, como autopeças e panelas, para melhorar sua condutividade térmica, adesão, atrito, resistência à corrosão etc. Vale destacar que Dubois consta entre os pioneiros no depósito de patentes visando aplicações dos quasicristais.

A ordem quasicristalina pode ser observada nos mais diversos tipos de materiais. Na palestra do XIII Encontro, Dubois abordou, em particular, ligas metálicas formadas por três elementos (A, B e C), nas quais A – B e B – C formam ligações químicas, enquanto B e C se repelem. Denominados por Dubois “ligas puxa-empurra” (push-pull alloys), esses materiais podem formar compostos intermetálicos muito complexos, de até centenas de átomos por célula unitária. Dentre esses, só alguns podem aumentar ainda mais sua complexidade até formar uma ordem quasicristalina, que resulta em propriedades únicas e abrem possibilidades para novas aplicações.

Push-Pull Alloys and the Legacy of Dan Shechtman. from Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais

Simulação computacional

Em mais uma plenária do XIII Encontro da SBPMat, adeptos e interessados no uso de simulação computacional como complemento ao trabalho experimental na investigação das propriedades dos materiais puderam ouvir do professor Roberto Dovesi (Università di Torino) que essa dupla abordagem vale a pena.

Dovesi é um dos criadores de CRYSTAL, uma ferramenta computacional que permite caracterizar sólidos cristalinos do ponto de vista da Mecânica Quântica, por meio de cálculos ab initio. A primeira versão do programa foi desenvolvida a partir de 1976 e lançada em 1988, transformando o CRYSTAL no primeiro código periódico distribuído publicamente para a comunidade científica. Atualmente em sua sétima versão, o programa permite estudar propriedades elásticas, piezoelétricas, fotoelásticas, dielétricas, polarizabilidade e tensores de hiperpolarizabilidade, espectro IR e RAMAN, estrutura de bandas eletrônicas e fonônicas, entre outras propriedades.

O químico italiano destacou o preço acessível e alta velocidade de trabalho dos computadores atuais que são adequados para rodar programas desse tipo. Como exemplo, citou o computador mais recentemente adquirido por seu grupo de pesquisa para simulação computacional, que, tendo custado cerca de 6.500 euros (o equivalente hoje a uns 20.000 reais), é capaz de fazer longos cálculos em poucas horas com seus 64 “cores”. Supercomputadores não são necessários, disse Dovesi, além de serem menos robustos. Quanto ao software, Dovesi remarcou que hoje a área de Materiais conta com programas poderosos, robustos, fáceis de usar e de preços acessíveis (a licença básica da última versão do CRYSTAL, por exemplo, custa a partir de 600 euros – uns 1.900 reais).

On the role of quantum mechanical simulation in materials science. from Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais