Artigo em destaque: Virtudes de um metal ruim.


O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Electronic localization and bad-metallicity in pure and electron-doped troilite: A local-density-approximation plus dynamical-mean-field-theory study of FeS for lithium-ion batteries. Craco, L; Faria, JLB. J. Appl. Phys. 119, 085107 (2016); http://dx.doi.org/10.1063/1.4942843

Virtudes de um metal ruim

Imagem computacional da estrutura cristalina da troilite (FeS) com inserção de íons de lítio. A produção da imagem, que foi elaborada pelo professor Jorge Faria para ilustrar esta matéria, começou com a modelagem da troilite pura. Posteriormente foram feitas análises numéricas por meio de aproximação de densidade local (LDA) utilizando métodos baseados na teoria da densidade funcional (DFT) para obter os parâmetros de rede com diferentes concentrações de lítio e observando a sua posição mais estável na célula unitária.

Por apresentarem uma série de vantagens, baterias recarregáveis de íon-lítio são os dispositivos de armazenamento de energia elétrica mais encontrados nos eletrônicos portáteis (smartphones, tablets, laptops…). Além disso, essas baterias apresentam bom potencial para uso em carros elétricos, entre outras aplicações.

Motivado pela potencialidade dos sulfetos de ferro (FeS) para uso em eletrodos de baterias recarregáveis de íon-lítio de próxima geração, Luis Craco, professor do Instituto de Física da Universidade Federal de Mato Grosso (IF-UFMT), empreendeu, junto a seu colega Jorge Luiz Brito de Faria, um estudo teórico sobre o comportamento da troilite (uma fase do sulfeto de ferro que é isolante a temperatura e pressão ambiente) dopada com íons de lítio.

No estudo, Craco e seu colaborador buscaram compreender o que acontecia na troilite depois da dopagem eletrônica – um procedimento que pode transformar um isolante em semicondutor ou em metal ruim por meio da inserção de átomos (no caso, íons de lítio) que promovem uma reorganização na estrutura do material, introduzindo elétrons nela.

Cluster de alta performance computacional do IF-UFMT: a possibilidade de processamentos paralelos encurtou o tempo necessário para fazer os cálculos.

O trabalho começou com uma série de cálculos de primeiros princípios baseados na teoria da densidade funcional (DFT) realizados pelo autor Jorge Faria. Esses cálculos utilizam dados de estrutura cristalina obtidos experimentalmente. A seguir, Luis Craco efetuou um estudo detalhado, mediante cálculos baseados na teoria de campo médio dinâmico (DMFT), do efeito das correlações eletrônicas entre elétrons em diferentes orbitais (regiões em volta do núcleo de um átomo nas quais um elétron tem chance de estar presente). Nessas correlações, uma mudança experimentada por um elétron de um orbital provoca uma mudança relacionada em outro elétron de outro orbital. Elétrons correlacionados atuam coordenadamente, apesar de estarem espacialmente separados. “Cabe lembrar que a descrição teórica introduzida neste trabalho é totalmente nova no contexto da troilite e seus derivados, bem como em outros compostos contendo o ferro e o enxofre como elementos constituintes básicos”, diz Luis Craco.

Em artigo recentemente publicado no Journal of Applied Physics, os professores da UFMT reportaram uma descrição das propriedades eletrônicas e de transporte na troilite dopada e mostraram que o material apresenta comportamentos não-convencionais. De fato, apesar de que o sulfeto de ferro se mantem isolante inclusive tendo altas concentrações de lítio, as simulações computacionais da dupla mostraram que nele emergem estados metálicos após alta dopagem eletrônica. Nesse estado próximo à transição isolante – metal, o material pode ser classificado como isolante de Mott. Além disso, os autores constataram que os estados metálicos emergiam apenas em determinados orbitais atómicos, o que constitui um comportamento de “metal ruim’; ou seja, um comportamento diferente daquele que se espera de um metal dentro de teorias consolidadas na Física.

Ser um metal ruim, contudo, não implica ser banido do universo das aplicações. Muito pelo contrário, de acordo com o artigo, o comportamento incoerente dos elétrons no sulfeto de ferro dopado pode ser aproveitado para chegar a efeitos ópticos e de transporte não convencionais sem sair da temperatura e pressão ambiente.

“Este trabalho faz parte de um esforço continuado envolvendo vários pesquisadores no Brasil e no exterior, o qual tem por objetivo demonstrar claramente que sistemas com elétrons correlacionados representam uma classe importante de materiais para aplicações tecnológicas variadas”, comenta o professor Craco.

“Agora nós esperamos que a comunidade científica, relacionada à física de sistemas de elétrons correlacionados e/ou física de materiais, por exemplo, tome conhecimento do nosso estudo e resultados, e possa num futuro próximo corroborar a nossa descrição teórica das propriedades eletrônicas e de transporte não convencional na troilite dopada com elétrons, consolidando assim a relevância do nosso estudo para futuras aplicações da troilite e seus derivados no armazenamento de energia renovável ou na geração de novas fases eletrônicas não convencionais tipo não-líquidos de Fermi com grande apelo cientifico e tecnológico contemporâneo”, conclui Craco.

A pesquisa contou com financiamento do CNPq.

Bolsa de pós-doutorado – Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais – PPGMAT – UFMT.


Bolsa de Pós-Doutorado do Programa Nacional de Pós-Doutorado da CAPES de 2013 para o Programa de Pós-Graduação em Ciências de Materiais – PPGMAT- Campus Universitário do Araguaia da Universidade Federal de Mato Grosso.

Esta bolsa destina-se ao desenvolvimento de um projeto de pesquisa preferencialmente dentro de uma das linhas de pesquisa do PPGMAT:

– Propriedades Elétricas e Ópticas de Filmes Ultrafinos;
– Superfícies e Interfaces de Materiais Nanoestruturados;
– Bioensaios e processos biológicos;
– Modelagem e Simulação de Materiais.

Os candidatos devem ser portadores do título de Doutor em áreas afins aos temas acima mencionados e não possuir vínculo empregatício ou ser portador de outro tipo de bolsa.

Podem se inscrever pesquisadores que se enquadram nas seguintes modalidades (conforme previsto na portaria CAPES 086/2013):
a. Brasileiro ou estrangeiro residente no Brasil portador de visto temporário, sem vínculo empregatício;
b. Estrangeiro, residente no exterior sem vínculo empregatício;
c. Docente ou pesquisador no país com vínculo empregatício em instituições de ensino superior ou instituições públicas de pesquisa, desde que afastados da instituição de origem, por período compatível com o prazo de vigência da bolsa.

É vedado o acúmulo da percepção de bolsa com qualquer modalidade de bolsa de outro programa da CAPES, de outra agência de fomento pública, nacional ou internacional, empresa pública ou privada, ou ainda com o exercício profissional remunerado, ressalvadas as exceções previstas no item c. ou expressa permissão em norma específica da Capes.

Para se inscrever é necessário encaminhar por e-mail (assunto: BOLSA PNPD – nome do candidato) entre os dias 07/11 e 20/11 à secretaria do PPGMAT (ppgmat@ufmt.br), em arquivos pdf, os seguintes documentos:

(a) requerimento de candidatura assinado e digitalizado contento as seguintes informações: nome completo, CPF, RG e endereço;
(b) curriculum vitae em arquivo (formato Lattes, se brasileiro);
(c) projeto de pesquisa em (≤ 8 páginas).

O resultado será divulgado no site do PPGMAT dia 27/11/2013.

Coordenador: Josmary R. Silva (silvajosmary@gmail.com)
Secretária: Márcia Helena (ppgmat@ufmt.br)
Site do Programa: http://araguaia.ufmt.br/ppgmat/