Linhas de Pesquisa

Dispositivos e sensores.
Fenômenos Críticos de equilíbrio e fora do equilíbrio.
Física biológica teórica e experimental.
Produção e caracterização de filmes finos, compósitos e novos materiais.
Sistemas complexos.
Sistemas magnéticos e materiais magnéticos nanoestruturados.
Física matemática e teoria quântica dos campos.


Dispositivos e Sensores

Produção e caracterização de dispositivos e sensores (experimental)

As técnicas de litografia óptica, corrosão por plasma e corrosão química vem sendo aplicadas na produção de dispositivos à base de filmes finos, polímeros, materiais bidimensionais e nanoestruturados. Tais dispositivos tem sido aplicados no estudo na produção de bio-sensores, sensores de campo magnético, memórias magnéticas, sensores de raios-X e raios-Gama, células solares, memórias ópticas, baterias e capacitores eletrodepositados. Os dispositivos e sensores têm sido produzidos por técnicas de crescimento epitaxial, eletrodeposição, eletrodeposição fotoinduzida, ion milling, spin coating, esfoliação mecânica e crescimento por sputtering. São realizadas as caracterizações:

Ópticas: espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoluminescência, espalhamentos estático e dinâmico da luz, perfilometria óptica; as caracterizações elétricas, espectroscopia por efeito Kerr magneto-óptico.

Magnetotransporte: Medidas de transporte elétrico sob campo magnético e em criostato com temperatura variável de até 10 K (magnetorresistência e efeito Hall quântico).

Professores:
Eduardo Nery Duarte de Araújo
Joaquim Bonfim Santos Mendes


Fenômenos Críticos do Equilíbrio e Fora do Equilíbrio

Processos dinâmicos em redes complexas (teórico)

Estudos de processos dinâmicos em redes complexas são propostos e analisados por métodos analíticos e computacionais. A dinâmica de propagação de epidemias é investigada em redes aleatórias (livre de escala, mundo pequeno, etc.) e reais, incluindo a análise de disseminação de doenças transmitidas por vetores e em metapopulações. Modelos de
formação de opiniões, propagação de rumores e fenômenos críticos, em geral, também são objetos de estudo em redes complexas.

Professor:
Silvio da Costa Ferreira Junior

Física de polímeros (teórico)

Utilizando uma série de métodos, como soluções exatas (de campo médio), matrizes de transferência & finite-size scaling e simulações de Monte Carlo, nós investigamos as propriedades termodinâmicas de modelos para polímeros. Nosso foco principal tem sido na transição de colapso (relacionada, por exemplo, à condensação da molécula de DNA e à produção de géis termossensíveis) e na adsorção de polímeros em superfícies (que tem diversas aplicações industriais e biomédicas, como por exemplo, em reconhecimento molecular).

Professor:
Tiago José de Oliveira

Termodinâmica de fluidos (teórico)

Gases de rede tem sido amplamente utilizados para modelar um grande número de sistemas em Física, Química, Biologia e etc, sendo particularmente úteis para se investigar transições de fase tipo ordem-desordem nesses sistemas. Utilizando os mesmos métodos do item anterior, nós investigamos aqui desde modelos atérmicos (importantes para descrever colóides e meios granulares) até modelos mais sofisticados, elaborados para descrever o comportamento de fluidos complexos (como a água, por exemplo).

Professor:
Tiago José de Oliveira


Física biológica teórica e experimental.

Pinças ópticas e aplicações na manipulação de materiais “não usuais” (experimental)

Esta linha tem como objetivo avançar na física da manipulação óptica de microssistemas e, em particular, desenvolver novas aplicações para a técnica de pinça óptica. Estudamos ainda o comportamento de materiais não usuais, como isolantes topológicos e semicondutores, em uma pinça óptica. Diversas técnicas ópticas complementares são utilizadas em conjunto: espalhamento dinâmico de luz, videomicroscopia e análise digital de imagens, etc. Aplicações em microfluídica são também de nosso interesse. Essa linha envolve tanto experimento quanto teoria.

Professor:
Márcio Santos Rocha

Interações DNA-ligantes (experimental)

Esta linha tem como objetivo elucidar e caracterizar as interações da molécula de DNA com diversos tipos de ligantes, como fármacos e proteínas. Para tanto, utilizamos técnicas como pinças ópticas e magnéticas, microscopia de força atômica, espalhamento de luz, eletroforese em gel, dentre outras. Os mecanismos de ação de fármacos quimioterápicos clássicos são elucidados aqui a nível molecular. Novos fármacos inéditos (potenciais agentes terapêuticos) são também testados. Estudamos ainda a física da cromatina e a ação de fármacos diversos sobre o DNA condensado.

Professor:
Márcio Santos Rocha

Instrumentação para experimentos com moléculas únicas (experimental)

Esta linha tem como objetivo desenvolver e implantar novas técnicas de manipulação e caracterização de moléculas únicas no Laboratório de Física Biológica da UFV, como pinças ópticas holográficas e pinças híbridas optomagnéticas. O foco é aplicar novas técnicas em estudos com biomoléculas e novos materiais. Trabalhamos ainda em novos métodos de calibração e caracterização de medidas obtidas com essas técnicas.

Professor:

Márcio Santos Rocha

Dinâmica de processos celulares e formação de estruturas supracelulares (experimental)

Essa linha de pesquisa envolve experimentos relativos à atividade da membrana celular, migração e agregação de células em cultura e dinâmica de interação de macromoléculas biológicas (estruturas de adesão, ligantes-receptores) usando técnicas de videomicroscopia, microscopia eletrônica e de varredura por sonda, pinçamento óptico e biologia molecular. Os resultados são analisados por técnicas analíticas e simulações computacionais.

Professor:
Marcelo Lobato Martins

Dinâmica de populações (teórico)

Modelos matemáticos para pragas agrícolas são construídos e analisados por métodos analíticos (teoria dos sistemas dinâmicos) e computacionais (simulação de autômatos celulares e integração numérica de EDOs/EDPs). Processos de invasão biológica mediada por alelopatia, dispersão de insetos guiados por feromônios e dinâmica de teias tróficas são exemplos estudados com base em modelos de múltiplas escalas.

Professores:
Marcelo Lobato Martins
Silvio da Costa Ferreira Junior

Oncologia matemática (teórico)

Propomos nesse estudo modelos matemáticos de múltiplas escalas para o crescimento de tumores e o efeito de terapias anti-câncer. Neles as escalas microscópica (molecular) e mesoscópica (celular) são descritas por autômatos celulares estocásticos com probabilidades de transição determinadas pelas concentrações locais de campos contínuos (nutrientes e fatores de crescimento – escala macroscópica). Os resultados podem ser comparados com padrões histopatológicos, esferóides e tumores induzidos em animais.

Professores:
Marcelo Lobato Martins
Silvio da Costa Ferreira Junior


Produção e Caracterização de Filmes Finos, Compósitos e Novos Materiais

Crescimento epitaxial (experimental)

É feito o crescimento epitaxial e caracterização de filmes finos e pontos quânticos baseados em compostos II-VI. Utiliza-se a técnica de epitaxia por paredes quentes para o crescimento. O Departamento de Física adquiriu recentemente um sistema de crescimento por sputtering, que permite realizar a fabricação heteroestruturas e dispositivos baseados na deposição de filmes finos metálicos, magnéticos, semicondutores e isolantes. A caracterização é realizada pelas seguintes técnicas: difração de raios-X, transmissão óptica, caracterização elétrica, perfilometria e AFM.

Professores:
Clodoaldo Irineu Levartoski de Araújo
Joaquim Bonfim Santos Mendes
Leonarde do Nascimento Rodrigues
Sérgio Luis de Abreu Mello
Sukarno Olavo Ferreira

Modelagem do crescimento de filmes finos e nanoestruturas (teórico)

O desenvolvimento de uma série de tecnologias que se tornaram fundamentais em nosso dia-a-dia (como os chips de celulares e computadores, por exemplo) depende de um crescimento controlado de nanoestruturas e filmes finos sobre um substrato. Com o objetivo de compreender tais processos de crescimento e determinar os parâmetros relevantes para o seu controle, nós empregamos vários métodos computacionais e analíticos para modelar o crescimento epitaxial de diversos tipos de materiais, para várias escalas de tempo e etc.

Professor:
Tiago José de Oliveira

Materiais nanoestruturados (experimental)

Fabricação de materiais nanoestruturados por meio de diferentes técnicas de síntese: pontos quânticos coloidais semicondutores, nanopartículas metálicas, nanoestruturas luminescentes (polymer dots, carbon dots).

Estudo das propriedades e da interação da radiação em materiais nanoestruturados e/ou nanocompósitos por meio de fotoluminescência de estado estacionário e resolvida no tempo.

Professores:
Andreza Germana da Silva Subtil
Eduardo Nery Duarte de Araújo
Mariana da Costa Novo Pimenta Brandão

Geração e detecção de correntes puras de spin em dispositivos magnéticos (experimental)

Investigação de fenômenos que exploram manipulação e transporte de spin em dispositivos híbridos constituídos por materiais ferromagnéticos e não-magnéticas, com ênfase nos efeitos de geração e detecção de correntes puras de spin em filmes magnéticos convencionais e novos materiais, tais como: grafeno, dissulfeto de molibdênio, isolantes topológicos, polímeros orgânicos e semimetais de Weyl. A geração de correntes de spin é realizada por excitações com micro-ondas (spin pumping) e também por efeitos térmicos (efeito Seebeck de spin). Por sua vez, a detecção de correntes de spin pode ser pelo efeito Hall de spin inverso e também pelo efeito Rashba-Eldeinstein inverso.

Professor:
Joaquim Bonfim Santos Mendes


Sistemas Complexos

Microfluídica (experimental)

Emulsões de baixa variação de tamanhos são produzidas a partir do bombeamento de fluidos em microcanais. Essa técnica está sendo usada para a preparação de emulsões magnetizáveis para o estudo da agregação dessas emulsões com a aplicação de campos magnéticos homogêneos e também para o preparo de emulsões duplas.

Professor:
Álvaro Vianna Novaes de Carvalho Teixeira

Processos dinâmicos em redes complexas (teórico)

Estudos de processos dinâmicos em redes complexas são propostos e analisados por métodos analíticos e computacionais. A dinâmica de propagação de epidemias é investigada em redes aleatórias (livre de escala, mundo pequeno, etc.) e reais, incluindo a análise de disseminação de doenças transmitidas por vetores e em metapopulações. Modelos de formação de opiniões, propagação de rumores e fenômenos críticos, em geral, também são objetos de estudo em redes complexas.

Professor:
Silvio da Costa Ferreira Junior

Microrreologia de materiais viscoelásticos (teórico)

A partir de abordagens teórico-computacionais baseadas na microrreologia, procuramos elucidar a relação entre a resposta mecânica macroscópica de materiais viscoelásticos (e.g., hidrogéis e colágeno) a partir das interações microscópicas entre os seus constituintes fundamentais, por exemplo, filamentos flexíveis (e.g., polieletrólitos) e filamentos semi-flexíveis (e.g., fibrilas, actina, virus, DNA, fribrina, etc). A ideia principal é desenvolver modelos teóricos fundamentados nos resultados obtidos a partir de simulações computacionais multi-escala que utilizam métodos de dinâmica browniana.

Professor:
Leandro Gutierrez Rizzi

Nucleação em sistemas desordenados (teórico)

Estudos teóricos e computacionais sobre os fenômenos de nucleação e agregação de partículas em sistemas biomoleculares e quasicristalinos. Desenvolvimentos de simulações computacionais incluem métodos de simulação para sistemas fora do equilíbrio tais como Monte Carlo cinético. Além disso, avaliamos abordagens teóricas alternativas à Teoria Clássica da Nucleação, uma vez que esta não pode ser aplicada aos sistemas estudados.

Professor:
Leandro Gutierrez Rizzi

Transições de fase em sistemas magnéticos frustrados (teórico)

Desenvolvimento de simulações computacionais baseadas em algoritmos avançados de Monte Carlo para estudar a termoestatística de materiais magnéticos de baixa dimensionalidade que possuam interações frustradas. O principal interesse nessa linha de pesquisa está em elucidar a natureza das transições de fase presentes nesses sistemas.

Professores:
Leandro Gutierrez Rizzi

Fenômenos de agregação e de crescimento de superfícies (teórico e experimental)

Padrões rugosos são observados na natureza desde escalas nanométricas (como na superfície de um filme fino) até dezenas de metros (como no contorno de uma cadeia de montanhas). Em geral, a formação de tais padrões envolve uma dinâmica de crescimento superficial, devido à agregação, desagregação e difusão de partículas na superfície. São feitos aqui simulações computacionais e experimentos (baseados na análise de medidas de perfilometria e microscopia de força atômica da superfície de filmes finos) de tais processos de agregação cinética, com ênfase no estudo de propriedades universais de sua dinâmica.

Professores:
Silvio da Costa Ferreira
Sukarno Olavo Ferreira
Tiago José de Oliveira

Sistemas Magnéticos e Materiais Magnéticos Nanoestruturados

Nanofabricação e caracterização de sistemas nanomagnéticos (experimental)

Desenvolvemos sistemas nanoestruturados em colaboração com grupos nacionais e internacionais, para a caracterização de seus comportamentos termodinâmicos, magnéticos e magnetorresistivos. Nosso foco visa a aplicação destes sistemas, que por vezes apresentam frustração e consequentemente emergência de objetos exóticos como monopolos magnéticos, em dispositivos que possam apresentar características de memórias magnéticas ou que possibilitem a realização de operações lógicas.

Professor:
Clodoaldo Irineu Levartoski de Araújo

Desenvolvimento de dispositivos spintrônicos (experimental)

Utilizamos nossa estrutura de micro e nanofabricação e caracterização elétrica e magnética para desenvolver e caracterizar dispositivos spintrônicos em geral. Nosso principal interesse está no desenvolvimento de memórias magnetorresistivas de acesso randômico e de transistores que podem operar como sensores magnéticos de alta sensibilidade ou como dispositivos lógicos para integração com as memórias magnéticas. Nesta linha coordenamos a Rede Mineira de Spintrônica e Nanomagnetismo e colaboramos com a rede SisNano da UFV.

Professor:
Clodoaldo Irineu Levartoski de Araújo

Novos fenômenos em nanomagnetismo e spintrônica (experimental)

A spintrônica é a área de Física da Matéria Condensada que investiga fenômenos relacionados com a manipulação e transporte do momento angular de spin do elétron. Estes fenômenos vão desde o controle de um único spin localizado, até a geração e manipulação de correntes puras de spin e a sua interação com correntes de cargas e com ondas de spins. Enquanto que o controle das propriedades de um único spin localizado é ideal para investigar qbits em Física do Estado Sólido, as propriedades dinâmicas (correntes de spin e sua interação com correntes de carga e com ondas de spin) são importantes para geração e manipulação de sinais eletrônicos utilizando majoritariamente o spin do elétron. Pode-se dizer que a spintrônica nasceu na década de 1980 com os trabalhos seminais que levaram às descobertas do acoplamento entre camadas, da magnetoresistência gigante, das válvulas de spin, do tunelamento magnético, etc. Porém, nos últimos anos assistimos à descoberta de uma série de novos fenômenos muito intrigantes que significariam uma Segunda revolução nesta área. Dentre estes fenômenos destacamos: (i) efeito Hall de spin (SHE); (ii) efeito Hall de spin inverso (ISHE); geração de correntes de spin por (iii) spin pumping (SPE); (iv) geração de correntes de spin por efeitos térmicos (efeito Seebeck e Peltier de spin); (v) interação entre correntes de spin e ondas de spin, etc.

Professor:
Joaquim Bonfim Santos Mendes

Sistemas condensados e superfluidos (teórico)

A observação de efeitos quânticos não é restrita aos experimentos em escala atômica. De fato, existem experimentos macroscópicos que só podem ser entendidos por meio da teoria quântica como ocorre na condensação de Bose-Einstein na qual grande das partículas que compõem o sistema se aglomeram no menor nível de energia formando um novo estado da matéria. De forma semelhante, modelos de superfluidez seja de carga elétrica, matéria ou mesmo spin são consequência da física quântica em escala macroscópica. O estudo teórico de sistemas condensados e superfluidos envolve em muitos casos modelos em teoria de campos, clássica e quântica, assim como processos de segunda quantização. A teoria BCS, por exemplo, é o mais famoso dos modelos para a descrição da superfluidez de cargas elétricas e hoje muitos conceitos desenvolvidos para a teoria BCS têm sido usados também aplicados no estudo de transporte em sistemas magnéticos e/ou spintrônicos.

Professor:
Antônio Ribeiro de Moura

Excitações topológicas em materiais (teórico)

“Não se trata de utopia (o não lugar), mas de topia”. Na física da matéria condensada moderna existem alguns tipos de excitações (objetos que muitas vezes se assemelham a partículas) muito estáveis que surgem em diversos fenômenos: as pseudo-partículas topológicas. Cabe aqui enfatizarmos a palavra topologia, um ramo da matemática que extravagantemente diz que a rosquinha seria igual à xícara. Topologia é de uso muito comum na física atual (tópos vem do grego e significa lugar). Esses objetos topológicos residem em vários sistemas diferentes (magnéticos, cristais líquidos, supercondutores etc) principalmente em baixas dimensionalidades (materiais unidimensionais e bidimensionais) e, devido a sua natureza topológica, são tão difíceis de ser desfeito quanto um nó cego. O teorema matemático da esfera cabeluda é um bom exemplo pra se ver como podem se formar esses elementos topológicos. Essa estabilidade vem geralmente associada a uma carga topológica. É esse aspecto que os tornam de grande interesse nas mais recentes áreas de pesquisa. Algumas dessas estruturas são conhecidas como vórtices, sólitons, skyrmions, e possuem carga topológica dada por um número inteiro; podemos citar ainda os polêmicos mérons, que possuem uma carga topológica semi-inteira.

Professores:
Afrânio Rodrigues Pereira
Antônio Ribeiro de Moura
Jakson Miranda Fonseca
Vagson Luiz de Carvalho Santos
Winder Alexander de Moura Melo

Estados Topológicos da Matéria (teórico)

Estados Topológicos da Matéria são estados caracterizados por propriedades topológicas que emergem dos graus de liberdade microscópicos do sistema. Exemplos de tais estados são o Efeito Hall Quantizado Inteiro e Fracionário, os Isolantes Topológicos bidimensionais e tridimensionais, supercondutores topológicos, dentre inúmeros outros. Esta linha de pesquisa envolve o estudo de propriedades exóticas destes materiais como a emergência de Férmions de Majorana que possuem um enorme potencial de aplicação em computação quântica, a presença de anyons, funções de resposta que carregam características topológicos do sistema, dentre outras.

Professores:
Afrânio Rodrigues Pereira
Jakson Miranda Fonseca
Vagson Luiz de Carvalho Santos
Winder Alexander de Moura Melo

Magnetismo e Nanomagnetismo (teórico)

“Aqui o spin é o grande protagonista”. Estudamos sistemas magnéticos em baixas dimensões e suas propriedades dinâmicas e termodinâmicas, enfatizando questões sobre transição de fases e funções de correlação. Dentre os materiais investigados por nós se encontram os de dimensão-zero (“pontolândia”), dimensão-1 (“linhalândia”), sistemas entre 1 e 2 dimensões (“escadolândia”) e sistemas de dimensão-2 (“planolândia”), além, é claro, da “esferolândia” (sistemas tridimensionais). Por outro lado, sistemas magnéticos de tamanhos muito pequenos são também de importância fundamental para o desenvolvimento de novas tecnologias. Numa escala nanométrica (1 centímetro dividido por 10 milhões), muitas estruturas em matéria condensada exibem pseudo-partículas topológicas. As estruturas magnéticas nanométricas possuem formas muito interessantes como discos, cilindros, pistas de corridas (racetracks) etc. Nosso objetivo é estudar como essas coisas (topologia e materiais de formatos diversos na escala do muito pequeno) se acomodam e como poderíamos usar tais encaixes para novas estruturas tecnológicas. É muito comum vermos movimentos tipo carrossel de vórtices em nanodiscos magnéticos assim como corridas de skyrmions em nano-pistas magnéticas. O controle dos movimentos de objetos topológicos e mesmo de elétrons em sistemas nanomagnéticos é de importância fundamental para novas tecnologias como skyrmiônica, spintrônica, magnetrônica e algumas outras “trônicas”.

Professores:
Afrânio Rodrigues Pereira
Antônio Ribeiro de Moura
Jakson Miranda Fonseca
Vagson Luiz de Carvalho Santos
Winder Alexander de Moura Melo

Sistemas magnéticos frustrados (teórico)

“Frustração gera uma física emocionante”. Nessa linha de pesquisa, investigamos principalmente líquidos de spin e gelos de spin. Tais materiais exibem propriedades extraordinárias tais como estados fundamentais desordenados e fracionalização. Imagine um sistema que nunca se organiza, nem mesmo no seu estado fundamental no zero absoluto. É exatamente isso que acontece com os líquidos de spin, levando a belas excitações tais como elétrons fragmentados (spinons, chargons etc). Exemplos de nossas recentes contribuições envolvem pseudopartículas fracionalizadas em gelos de spin artificiais que são denominadas monopolos magnéticos de Nambu. Tais monopolos possuem uma corda energética que conecta pólos opostos.

Professores:
Afrânio Rodrigues Pereira
Antônio Ribeiro de Moura
Jakson Miranda Fonseca
Vagson Luiz de Carvalho Santos
Winder Alexander de Moura Melo

Novos Materiais (teórico)

“Universos apartes”. Também temos interesse e, portanto, temos investigado as propriedades de materiais de significativa importância na física atual: supercondutores a altas temperaturas, grafeno, isolantes topológicos etc. Alguns desses materiais (em geral bidimensionais) suportam partículas tipo elétrons sem massa e possivelmente férmions de Majorana, o que de maneira geral, só são vistos em materiais condensados (e não no nosso Universo).

Professores:
Afrânio Rodrigues Pereira
Antônio Ribeiro de Moura
Jakson Miranda Fonseca
Vagson Luiz de Carvalho Santos
Winder Alexander de Moura Melo

Investigação de dispositivos por simulação micromagnética (teórico)

Investigamos por simulação micromagnética, utilizando códigos abertos ou desenvolvidos por parceiros, protótipos a serem futuramente produzidos experimentalmente. Nesta linha, investigamos aplicação de objetos magnéticos com proteção topológica em futuros dispositivos a serem desenvolvidos experimentalmente. Estes estudos tem proporcionado a proposição de diversos novos dispositivos a serem investigados para aplicação como memórias magnetorresistivas de fita, transistores lógicos, sistemas neuromórficos e nano-osciladores.

Professores:
Afrânio Rodrigues Pereira
Clodoaldo I. L. de Araujo
Vagson Luiz de Carvalho Santos
Winder Alexander de Moura Melo


Física Matemática e Teoria Quântica dos Campos

Física Matemática e Teoria de Campos (teórico)

O grupo de Física Matemática e Teoria dos Campos Quantizados desenvolve pesquisa nos seguintes temas: teoria axiomática dos campos quantizados, renormalização, problemas em gravitação quântica, análise de singularidades e aplicações, teoria das funções generalizadas, emaranhamento e teoria de descompressão em mergulho.

Professores:
Daniel Heber Theorodo Franco
Oswaldo Monteiro Del Cima

Teoria de Campos em Matéria Condensada (teórico)

Nosso objetivo principal nessa linha de pesquisa é estudar problemas atuais em física de partículas elementares e em menor grau procurar conexões de fenômenos dessa área com a física da matéria condensada.

Professores:
Antônio Ribeiro de Moura
Afrânio Rodrigues Pereira
Jakson Miranda Fonseca
Winder Alexander de Moura Melo

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