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Cálculo de estruturas eletrônicas

Publicado em 22 setembro 2011

Agência FAPESP  -  Os métodos computacionais usados para o cálculo de estruturas eletrônicas permitem o estudo de novos materiais com propriedades que podem ter aplicações em áreas como engenharia, biologia, medicina e quí­mica.

Ao longo de duas semanas, um grupo de estudantes e pesquisadores brasileiros e estrangeiros teve contato direto com os cientistas que criaram alguns dos principais códigos atualmente usados no cálculo de estruturas eletrônicas e, simultaneamente, encararam o desafio prático de aplicar esses métodos a problemas relacionados a novos materiais com aplicações nas áreas de energia e meio ambiente.

Realizada no âmbito da Escola São Paulo de Ciência Avançada (ESPCA) ' modalidade de apoio da FAPESP ' a São Paulo Advanced School on Computational Materials Science for Energy and Environmental Applications foi realizada entre os dias 5 e 16 de setembro na Universidade Federal do ABC (UFABC), em Santo André (SP). O evento foi organizado pela UFABC em colaboração com o Centro Internacional de Fí­sica Teórica Abdus Salam (ICTP, na sigla em inglês) ' entidade da Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (Unesco), sediada em Trieste (Itália) ' e a Academia de Ciências para o Mundo em Desenvolvimento (TWAS).

O evento teve 13 palestrantes internacionais ' sendo seis da Itália, dois da Espanha, dois da Inglaterra, um da Alemanha, um dos Estados Unidos e um da Argentina ' e 12 docentes brasileiros, da UFABC, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), da Universidade de São Paulo (USP) e de instituições do Rio de Janeiro, Minas Gerais e Pará. 'Esse grupo de docentes inclui alguns dos pesquisadores mais consagrados do mundo na área de estruturas eletrônicas ' alguns deles, com seus trabalhos, mudaram a maneira como se faz pesquisa na área, criando alguns dos métodos computacionais mais usados atualmente para esse fim', disse Edison Zacarias da Silva, professor do Departamento de Fí­sica da Matéria Condensada do Instituto de Fí­sica Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e um dos coordenadores da ESPCA.

O evento teve 63 participantes: 23 do exterior e 40 do Brasil. Entre os brasileiros, 25 eram do Estado de São Paulo. Os estrangeiros eram provenientes da Argentina, Colômbia, Chile, Peru, Bolívia, Uruguai, Cuba, África do Sul e Camarões. 'A maior parte dos 63 participantes já teve contato com algum dos métodos de estrutura eletrônica e conhecia um deles com alguma profundidade. Mas, durante a ESPCA, eles puderam ter acesso a oito métodos distintos, cada um com diferentes potencialidades. Trabalhar com essa gama de métodos em contato direto com alguns de seus criadores foi uma oportunidade única', disse Silva à Agência FAPESP.

O cálculo de estruturas eletrônicas permite a simulação computacional de novos materiais ou a compreensão da estrutura formada pelos átomos de materiais que já existem. 'Além de permitir o estudo da estrutura eletrônica, esses métodos oferecem o fundamento para a realização de outros cálculos, que podemos descrever como 'plug-ins' desses métodos. Essas extensões dos métodos permitem estudar outras possibilidades associadas aos materiais, passando para sistemas mais sofisticados ainda. É possível, com isso, incorporar ao estudo da estrutura eletrônica extensões capazes de gerar simulações, por exemplo, da dinâmica dos átomos em movimento', explicou.

Essas extensões são muito importantes para o estudo de estruturas que têm potencial para aplicação em problemas de energia e meio ambiente ' como a busca de novos materiais para baterias, ou para a produção de catalisadores, por exemplo.

Os alunos da Escola foram expostos a uma gama variada de métodos que permitem o tratamento de inúmeros problemas. 'Pelas manhãs, tiveram palestras com os criadores desses métodos e com os cientistas que desenvolveram estruturas associadas. Depois de entrar em contato com o método, puderam aplicar diretamente o aprendizado, durante as tardes, nos dois laboratórios computacionais da UFABC. Essa dinâmica de atividades é bastante rara e certamente inédita no continente', afirmou Silva.

Eventos raros Além das palestras e da intensa atividade prática, os alunos presenciaram uma mesa-redonda que discutiu a relação entre o desenvolvimento dos métodos para cálculo de estruturas eletrônicas e possíveis aplicações na indústria, sob a perspectiva do mercado brasileiro e mundial. 'Discutimos muito as oportunidades que poderão surgir para pesquisadores que trabalham nessas áreas', disse o coordenador da Escola.

O desenvolvimento de novos materiais na indústria é, muitas vezes, pesquisado na base da tentativa e erro, mas, com o cálculo de estruturas eletrônicas, os pesquisadores procuram entender os princí­pios básicos que geram as propriedades especiais desses materiais. 'Essa é a maior importância do cálculo de estruturas eletrônicas. Fazer simulações de eventos raros ' como são alguns fenômenos de catálise, por exemplo ' é um problema muito complexo. Com a ajuda dessas metodologias computacionais podemos conseguir descrever esses fenômenos e, compreendendo os princí­pios básicos que os regem, podemos adaptar e ampliar suas aplicações para outros processos e outros materiais', disse Silva.

 

Fonte: Agência Fapesp