Notícias e destaques em pesquisa
do Programa de Pós-Graduação em Física
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Em estudo conduzido na UFABC, pesquisadores usaram métodos sofisticados de controle quântico para testar a validade do Princípio da Complementaridade, proposto por Niels Bohr em 1927. Resultados foram divulgados na revista Communications Physics
José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Agora com mais de um século de existência e um largo rastro de aplicações tecnológicas – do LED (sigla em inglês para diodo emissor de luz) ao GPS (sigla em inglês para sistema de posicionamento global) –, a física quântica foi, quando surgiu, um enorme desafio para a visão de mundo dos cientistas envolvidos. Polêmicas apaixonadas pontuaram o seu desenvolvimento – a mais importante delas travada nas décadas de 1920 e 1930 por dois gigantes da ciência: Albert Einstein (1879-1955) e Niels Bohr (1885-1962).
A pauta da discussão era a realidade física do mundo microscópico: molecular, atômico e subatômico. Seria ela algo rigorosamente determinado, como parece acontecer nos fenômenos macroscópicos da vida cotidiana, ou o próprio processo de observação científica influenciaria as propriedades do sistema observado?
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Pesquisadores da Universidade Federal do ABC (UFABC) simularam em computador um mecanismo biológico pouco conhecido que, se vier a ser controlado satisfatoriamente, talvez possa possibilitar a passagem pela pele de qualquer substância solúvel em água, inclusive fármacos, e dar acesso direto à corrente sanguínea. Em ensaios digitais, o grupo chefiado pelo físico Herculano Martinho, do Programa de Pós-graduação em Nanociências e Materiais Avançados e do Programa de Pós-graduação em Física da instituição, percebeu que a aplicação na pele de um pequeno campo elétrico externo e constante, de valor comparável ao de um pente eletrizado por seu atrito com o cabelo, facilita a entrada de água – e do que ela possa carregar junto – no organismo.
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Pesquisa FAPESP | Baseada no uso de ferramentas da teoria quântica para a investigação de fenômenos envolvendo organismos vivos, a biologia quântica vem se constituindo em um campo de pesquisa essencialmente interdisciplinar. A sustentação de seus estudos se dá, sobretudo, pela colaboração estabelecida entre profissionais da biologia, química e física, tendo a mecânica quântica e a química teórica como elementos centrais de sua produção científica.
“A tentativa de entender e controlar aspectos estruturais de sistemas biológicos tem chamado a atenção de pesquisadores para o estudo de fenômenos quânticos, ou seja, de eventos que não podem ser explicados pela física clássica do mundo macroscópico”, explica Fernando Semião, do Laboratório de Ciência e Tecnologia em Informação Quântica da Universidade Federal do ABC (UFABC), onde, além da biologia quântica, também são realizados estudos sobre informação quântica pura, termodinâmica quântica e pesquisa experimental em óptica quântica.
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Como registrado aqui em Sínteses, a revista Nature elegeu as baterias de estado sólido um dos 10 temas de pesquisa para prestar atenção em 2020. Esses dispositivos são considerados o futuro das baterias, diante das novas demandas colocadas pela transição energética para fontes renováveis e sustentáveis.A Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat) destacou recentemente resultados que mostram a participação da ciência brasileira nesse esforço de pesquisa e desenvolvimento. O trabalho divulgado enfrenta um dos principais obstáculos para as baterias de estado sólido: a baixa condutividade dos eletrólitos sólidos em temperatura ambiente.
Eletrólitos são o meio de propagação da corrente elétrica entre os eletrodos positivo e negativo de uma bateria, pela mobilidade de íons. Nas baterias de íons de lítio que revolucionaram o cenário dos dispositivos eletrônicos portáteis como smartphones e laptops –recebendo, inclusive, o Prêmio Nobel de Química em 2019–, o eletrólito convencionalmente é líquido ou gel. Eletrólitos sólidos trazem maior segurança, evitando vazamentos de substâncias tóxicas e explosões. Além disso, podem resultar em maiores densidade energética e durabilidade das baterias. Uma classe específica de materiais, os eletrólitos sólidos poliméricos, acrescentam leveza e flexibilidade a essas vantagens, o que viabiliza dispositivos menores e com formatos diversos.
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Os resultados de um novo ranking acadêmico demonstram o vigor de um tipo de universidade de classe mundial que tende a ser mais flexível e interdisciplinar do que o modelo tradicional, com impacto em sua capacidade de inovar. Divulgada em outubro de 2019, a Nature Index Jovens Universidades 2019 apontou as 175 melhores universidades do mundo criadas há menos de 50 anos, usando como parâmetro a produção científica publicada em 82 revistas de alto impacto em quatro campos do conhecimento — física, química, ciências da vida e ciências ambientais e da Terra.
No ranking específico da área de Física a UFABC está classificada na 27ª posição e a Física da UNESP aparece logo em seguida na 28ª posição [a classificação completa pode ser conferida em: https://go.nature.com/30cylTc ]. Essa colocação demonstra não só a qualidade e a busca pela excelência da comunidade de física da UFABC, mas também os resultados positivos de um ambiente interdisciplinar aberto a inovação e criatividade que valoriza e estimula jovens cientistas na realização de pesquisas não convencionais.
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Flexível, fino e transparente como o filme plástico usado para envolver frutas antes de guardá-las na geladeira, uma película à base de ácido cítrico e germânio desenvolvida por pesquisadores de São Paulo poderia ser incorporada às baterias recarregáveis de íons de lítio, que fornecem a energia utilizada por telefones celulares, computadores portáteis e carros elétricos, e melhorar seu desempenho. O novo material seria usado para fabricar eletrólitos sólidos que ocupariam o lugar de seus atuais congêneres, feitos com polímeros à base de carbono, que constituem o recheio das baterias e são responsáveis por conduzir a eletricidade entre o eletrodo (ou polo) positivo e o negativo. Segundo os físicos e engenheiros das Universidade Federal do ABC (UFABC), em Santo André, na Grande São Paulo, e do Laboratório Nacional de Nanotecnologia, de Campinas, que criaram o novo material, eletrólitos à base de germânio permitiriam reduzir significativamente o tempo de carregamento e aumentar o de durabilidade das baterias, além de diminuir o seu risco de explosão e de vazamento.
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O uso conjugado de abordagens típicas da era do big data pode acelerar a busca por novos materiais e diminuir o caráter empírico desse processo, marcado historicamente por um misto de tentativa e erro, acidentes, observação apurada e, não menos importante, sorte. Pesquisadores de diferentes campos da física, da química e da engenharia de materiais esperam encurtar o caminho que os leve a compostos ainda não encontrados ou sintetizados por meio do emprego de computadores cada vez mais potentes, algoritmos de inteligência artificial e acesso a crescentes bancos de dados sobre propriedades e estruturas de materiais teóricos, nunca feitos em laboratórios, ou reais, já obtidos experimentalmente. Por ora, as promessas são mais estimulantes que as descobertas, mas a abordagem ainda está em sua infância, no exterior e no Brasil.
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- Foram publicados 56.396 trabalhos científicos1 com autores sediados no Brasil, em 2018. Desses, 21.506 (38%) incluíam coautores de outros países.
- Os índices de colaboração internacional apresentaram crescimento significativo na última década, passando de 25% para 38%, entre 2008 e 2018, para o Brasil
como um todo. O mesmo movimento se nota em todas as regiões do mundo. - A maioria das universidades brasileiras se situa na faixa entre 30% e 45% nesse indicador. A exceção é a UFABC, que atinge 58%. USP, Unicamp, UFRJ, UnB e UFSC apresentam índices acima de 40%.
- No mundo, as universidades mais ativas em colaborações internacionais se localizam em países europeus, com índices acima de 55%. As universidades russas são exceção entre as europeias e se encontram em faixa intermediária no indicador.
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t, um torneio nacional que encoraja debates científicos entre alunos de graduação e de pós-graduação para a solução de problemas abertos em física. A competição é o braço brasileiro do International Physicists' Tournament (IPT) que reunirá times da UFABC, USP e UNICAMP. Ela servirá de seletiva brasileira para o Torneio Internacional que ocorrerá em 2020, em Varsóvia, Polônia.
O Comitê nacional do IPT conta com o apoio da Reitoria e do CCNH para a realização do evento na UFABC. Na programação, está prevista uma sessão de visita aos laboratórios da instituição acolhedora, semelhante ao tour que ocorre na etapa internacional. Será responsável por essa atividade a Central Multiusuário (CEM) de laboratórios da Universidade.
Confira mais detalhes sobre o 2nd Brazilian Physicists'Tournament em:
http
Assessoria de Comunicação e Imprensa UFABC
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Cordelia Sealy | Materials Today - Usar a luz do sol para dividir a água em hidrogênio e oxigênio eficientemente poderia revolucionar a geração de energia. Células fotoeletroquímicas (photoelectrochemical cells PEC) podem converter fótons solares em hidrogênio e oxigênio, mas encontrar o material correto para compor elétrodos tem sido um desafio.
“A hematita tem sido a melhor candidata ao fotoanodo nas células do PEC há anos”, diz Flavio L. Souza, da Universidade Federal do ABC, “por causa de suas características intrínsecas e abundância, o que poderia permitir a tecnologia de fotoanodos baratos”.
Mas, apesar dessas promissoras previsões teóricas e décadas de pesquisa, as fracas propriedades de transporte eletrônico da hematita têm dificultado o desenvolvimento de um dispositivo PEC. Agora, no entanto, uma equipe de colaboradores liderada por Souza (UFABC), com Ricardo H. R Castro, da Universidade da Califórnia-Davis (EUA), está descobrindo os segredos da hematita, o que poderia levar a novos avanços na tecnologia PEC.
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José Tadeu Arantes | Agência FAPESP - O calor flui dos objetos quentes para os frios. Quando um objeto quente entra em contato térmico com um frio, ambos evoluem para uma configuração de equilíbrio. O quente esfria e o frio esquenta. Esse é um fenômeno da natureza constatado pela experiência diária e explicado pela segunda lei da termodinâmica. Segundo essa lei, a entropia de qualquer sistema isolado tende sempre a aumentar com o tempo, até alcançar um valor máximo. A entropia é a grandeza que descreve o grau de indiferenciação de um sistema. Os sistemas isolados evoluem espontaneamente para estados cada vez mais indiferenciados. Um experimento, conduzido por pesquisadores da Universidade Federal do ABC (UFABC) e do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), além de colaboradores de outras instituições do país e do exterior, mostrou que correlações quânticas afetam a maneira como a entropia se distribui entre as partes em contato térmico, alterando o sentido da chamada “seta termodinâmica do tempo”.
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Materiais reais raramente se comportam como suas contrapartes digitais. A estabilidade dos compostos deve fazer parte do ônus da prova para prever as propriedades complexas da matéria. Artigo do Alex Zunger na Nature discute dilemas da área de Simulação Computacional de Materiais. Há uma série de cálculos teóricos que prevêem materiais exóticos com propriedades incríveis (topologias diversas, supercondutividade, etc). Ocorre que em muitos casos é impossível efetivamente fazer esses materiais no laboratório. O comentário da Nature é sobre um artigo que conta com a participação de Gustavo Dalpian da UFABC.
Veja detalhes em https://www.nature.com/articles/d41586-019-00676-y e no artigo original que motivou o comentário da Nature que está postado no arXiv (under review): https://arxiv.org/abs/1812.10573
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Uma equipe internacional de físicos de instituições do Brasil, Chile e Suíça analisaram a eficiência de sistemas de comunicação que utilizam fenômenos puramente quânticos para codificar, transmitir e processar informação. Os pesquisadores descobriram que quanto mais complexo for o fenômeno quântico utilizado pelo sistema, maior a sua eficiência. Por um estudo teórico e experimentos, o físico Breno Marques da Universidade Federal do ABC (UFABC) e seus colegas mostraram em que condições um sistema de comunicação puramente quântico supera a eficiência de um sistema clássico auxiliado pelo fenômeno quântico do emaranhamento.
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Uma colaboração teorico-experimental envolvendo o Prof. Fernado Semião da UFABC e pesquisadores da USP, Suíca, Suecia, Reuino Unido, Austria e Alemanha, observou a produção de entropia em dois sistemas quânticos de escala intermediária, indicando que os sistemas passaram por um processo irreversível. O resultado foi publicado no Physical Review Letters e destacado como Editor's Sugestion. Máquinas clássicas como aquecedores não podem funcionar ao contrário - e efetivamente funcionar como refrigeradores - sem o aporte de energia extra. Tal cenário violaria a segunda lei da termodinâmica, que afirma que a entropia deve sempre aumentar. Em contraste, as equações da mecânica quântica implicam que os processos quânticos podem ser executados ao contrário. Atualmente, os pesquisadores não sabem como conciliar as duas estruturas.
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A UFABC está na lista das universidade brasileiras que mais produziram ciência de impacto entre 2017 e 2018 no Nature Index. Ranking organizado pelo grupo Nature considera somente artigos em revistas de alto impacto. A UFABC é a sétima colocada no Nature Index Brasil. Este raking considera os seguintes indicadores: AC (Article Count) - contagem dos artigos publicados sem considerer co-autores de outras instituições e países. FC (Fractional count) - como os artigos podem ter autores de universidades diferentes, o FC está relacionado ao percentual de autores dos artigos publicados que pertenciam a cada universidade.
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De acordo com a teoria da Relatividade Geral, desenvolvida pelo físico Albert Einstein, pelo matemático David Hilbert e por muitos outros cientistas, a geometria do espaço-tempo (isto é, a estrutura matemática que descreve o espaço e o tempo em que vivemos) depende da distribuição de matéria ao seu redor. Diversas previsões da Relatividade Geral já foram comprovadas experimentalmente. Por exemplo, o fato de o tempo passar mais lentamente no topo de um prédio alto do que em seu andar térreo foi medido por Pound e Rebka em 1959 em uma torre da Universidade de Harvard. Já a deflexão da luz ao passar perto do Sol foi medida por expedições inglesas que foram à Sobral (Ceará) e à ilha de Príncipe (África) durante o eclipse solar que acabou de completar 100 anos em 29 de maio próximo passado. Apesar dessas observações desafiarem o senso comum, talvez a previsão mais surpreendente da Relatividade Geral seja outra: a existência de regiões extremamente densas, denominadas buracos negros, que aprisionam todo e qualquer tipo de partícula e radiação que ali se encontram. Em outras palavras, a ação da gravidade é tão intensa em um buraco negro que nada, nem mesmo a luz, consegue escapar de seu interior.
Galeria de vídeos
Alguns vídeos sobre a pesquisa em física na UFABC veiculados na seção 'Destaques da Física' da SBF e 'Pesquisa FAPESP'.
Tecnologia para detecção da Covid-19 e nível de letalidade
Nat. Commun. 10, 2456 (2019)
PRL 122, 106403 (2019)
PRL 121, 150504 (2018)
PRL 121, 061101 (2018)
PRL 121, 121801 ( 2018)
