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Grupo do ITA consegue destaque internacional com pesquisas sobre semicondutores magnéticos

Material poderá integrar os processadores e as memórias de computadores no futuro

21 de setembro de 2012 | 9h 40
Agência Fapesp

 Um grupo de cientistas do Instituto de Tecnologia da Aeronáutica (ITA) tem conquistado destaque internacional por obter avanços científicos na área de materiais semicondutores magnéticos, que poderão integrar os processadores e as memórias de computadores no futuro.

O professor Ronaldo Rodrigues Pelá, do Departamento de Física do ITA, recebeu o Prêmio de Melhor Artigo de Jovem Cientista, durante a Conferência Internacional de Física de Semicondutores realizada entre 29 de julho e 3 de agosto, na Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), em Zurique, na Suíça.

Receberam a premiação 15 participantes que haviam defendido doutorado há menos de um ano e que apresentaram, na qualidade de primeiro autor, um trabalho de elevado impacto na área de semicondutores. Uma comissão formada por pesquisadores de todo o mundo selecionou os trabalhos. O congresso teve mais de 800 participantes.

Desenvolvido como parte de seu doutorado no ITA, o trabalho apresentado por Pelá, que foi publicado na edição de maio da revista Applied Physics Letters, discute um método inovador para a simulação precisa e eficiente de materiais semicondutores magnéticos.

Além de Pelá, o artigo teve participação de mais dois professores do ITA – Lara Kühl Teles, da Divisão de Ciências Fundamentais do Departamento de Física , e Marcelo Marques, da Divisão de Engenharia Eletrônica –, além de Jurgen Furthmüller, da Universidade Friedrich-Schiller, de Jena (Alemanha).

Pelá, Teles e Marques integram o Grupo de Materiais Semicondutores e Nanotecnologia (GMSN) do ITA, que foi formado a partir do projeto Estudo teórico de ligas semicondutoras com aplicações em spintrônica e optoeletrônica, coordenado por Teles e financiado pela FAPESP na modalidade Apoio a Jovens Pesquisadores, entre 2007 e 2012.

A viagem de Pelá para o congresso em Zurique foi financiada pela FAPESP na modalidade Auxílio Reunião Exterior – Regular. Pelá também teve bolsas da FAPESP para realizar a iniciação científica e o doutorado direto no ITA, sempre sob orientação de Teles. Furthmüller veio ao Brasil em 2011 como pesquisador visitante do ITA, com apoio da FAPESP na modalidade Auxílio Visitante – Exterior .

Segundo Teles, o GMSN desenvolve cálculos de primeiros princípios em materiais semicondutores, ligas semicondutoras, poços quânticos, pontos quânticos, fios quânticos, nanofios, interfaces, impurezas, grafeno e semicondutores magnéticos.

“O projeto Jovem Pesquisador da FAPESP foi muito bem-sucedido em seu objetivo principal que era o de nuclear um grupo de pesquisas sobre esses temas. A ideia era ter um grupo forte, oferecendo oportunidade para jovens pesquisadores iniciarem novas linhas de pesquisa em centros emergentes, quando elas não existem em sua instituição”, disse Teles à Agência FAPESP.

O GMSN, segundo Teles, conta atualmente com os três professores, um pós-doutor, quatro estudantes de doutorado, um estudante de mestrado e três de iniciação científica. A produção científica do grupo já se destacava em 2007, quando Pelá foi premiado durante a 1ª Conferência Internacional de Materiais e Tecnologias Spintrônicas, na Inglaterra, com um trabalho desenvolvido em sua iniciação científica.

Com foco em semicondutores e nanotecnologia, o grupo, segundo Teles, tem uma forte atuação na pesquisa sobre os materiais semicondutores compostos e simples, mas também sobre as ligas formadas a partir desses materiais.

“Fazemos simulações teóricas desses materiais para obter determinadas propriedades eletrônicas, estruturais, termodinâmicas e, eventualmente, magnéticas, já que existe uma classe de semicondutores magnéticos”, disse Teles.

Além de fazer as simulações de materiais, procurar prever suas propriedades e explicar observações experimentais, o grupo também tem uma linha de desenvolvimento de metodologias para a obtenção de propriedades especiais – como as propriedades relacionadas a estados excitados, por exemplo. “Essa é uma linha de pesquisa muito importante que foi incluída recentemente”, afirmou Teles.

Em 2008, o grupo publicou artigos na Physical Review sobre o desenvolvimento de uma nova metodologia para obter os chamados “gaps de semicondutores” – que são consideradas umas das principais propriedades desses materiais.

O trabalho foi desenvolvido em parceria com Luiz Guimarães Ferreira, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo. Em geral, segundo Teles, as metodologias para obtenção dos gaps têm alto custo – pois é necessário realizar os cálculos em clusters de computadores extremamente sofisticados – ou envolvem muitos parâmetros empíricos.

“Com uma metodologia que tem baixo custo computacional e operacional, desprovida de parâmetros empíricos, conseguimos um gap que é compatível com o valor experimental. Isso é um grande avanço e esperamos que dentro de alguns anos venhamos a ter um grande reconhecimento por esse trabalho”, disse Teles.

O desenvolvimento dessa metodologia, segundo Teles, foi uma das linhas de pesquisa mais importante desenvolvidas pelo GMSN ultimamente. O trabalho premiado de Pelá, segundo ela, é uma aplicação da mesma metodologia para materiais semicondutores magnéticos.

Outra linha de pesquisa importante, na avaliação de Teles, é a que estuda propriedades físicas de interface de semicondutores, heteroestruturas de semicondutores e nanocompostos – como o grafeno –, fios quânticos e pontos quânticos. “Essa é uma linha ligada a nanotecnologia, isto é, materiais de baixa dimensionalidade.

O grupo tem ainda uma terceira linha de pesquisa ligada a spintrônica – um campo multidisciplinar cujo tema central consiste na manipulação do grau de liberdade do spin – uma propriedade puramente quântica relacionada com o movimento angular intrínseco do elétron. “Os materiais semicondutores magnéticos entram na linha de spintrônica. Nessa linha fazemos simulações de dispositivos e estudamos as propriedades desses materiais”, explicou Teles.

Várias outras publicações foram feitas desde 2008, segundo Teles. Entre os mais importantes, além do trabalho premiado de Pelá, está um trabalho publicado pelo grupo na Applied Physics Letters, em 2011, que descrevia a aplicação da metodologia para estudos relacionados a ligas.

O grupo publicou ainda uma série de artigos sobre simulação de dispositivos spintrônicos nas revistas Journals of Supercondutivity e Novel Magnetism. Vários outros artigos foram veiculados em periódicos como Physical Review B eJournal of Applied Physics.

O artigo Accurate calculation of the Mn-d level in GaMnAs, de Ronaldo Pelá, Marcelo Marques, Jurgen Furthmüller e Lara Kühl Teles, pode ser lido por assinantes da Applied Physics Letters em http://apl.aip.org






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