Um grupo de pesquisadores da UNIFAL-MG identificou um comportamento inédito na forma como ligas metálicas compostas por ouro e prata interagem com a luz. Fruto da pesquisa de mestrado de Hiago Maurilio Lopes Carvalho, desenvolvida junto ao Programa de Pós-Graduação em Física da Universidade, sob a orientação do professor Anibal Thiago Bezerra, o trabalho ganhou repercussão na capa do periódico científico internacional Physica Status Solidi, na edição publicada em 4 de maio.
Segundo o professor Anibal Bezerra, a utilização de ligas de metais nobres tem potencial para diversas aplicações, em especial na área de fotônica — campo que estuda como a luz interage com os materiais para produzir respostas controladas e interpretáveis, como as necessárias para sensores, por exemplo.
Geralmente, os cientistas tentam prever o comportamento das ligas com base nas propriedades dos metais puros, como ouro ou prata. Mas essa abordagem pode falhar ao tentar captar fenômenos mais sutis, como os efeitos da direção da luz sobre o material.
Em resposta a essa limitação, os pesquisadores usaram simulações mais sofisticadas para gerar pequenos conjuntos de átomos organizados da liga metálica, de maneira a representar fielmente a mistura real. Foi assim que descobriram que o comportamento do material muda dependendo de como a luz o atravessa, revelando o que se chama anisotropia óptica.
“Empregamos uma técnica chamada de Special Quasi Random Structure (SQS) para obter estruturas com a menor quantidade possível de átomos, mas com propriedades físicas semelhantes às estruturas com muitos átomos. Mostramos um comportamento interessante da resposta óptica que depende da direção na qual a estrutura é iluminada. A resposta óptica é anisotrópica. O estudo implementa uma nova rota de investigação de materiais, em especial no que tange às suas propriedades ópticas”, explica o orientador.
Durante a pesquisa, os pesquisadores também se aprofundaram em entender de onde vem esse comportamento direcional da luz. Essa investigação detalhada os levou a criar uma nova ferramenta de análise, capaz de conectar as estruturas atômicas dos materiais com sua resposta óptica. “Uma análise minuciosa das origens da anisotropia nos permitiu desenvolver uma ferramenta robusta de pós-processamento desse tipo de simulação, envolvendo a correlação entre os orbitais atômicos e o sinal ótico dessas ligas metálicas”, detalha.
A pesquisa foi desenvolvida durante o mestrado do acadêmico Hiago Carvalho na UNIFAL-MG, mas foi finalizado durante o doutorado do pesquisador na UFMG. O trabalho foi feito em parceria com a professora Mariama Rebello de Souza Dias, da University of Richmond, que além de contribuir para a análise, também forneceu acesso ao cluster de computadores — conjunto de servidores interconectados, que atuam como se fossem um único sistema — em sua universidade.
“No cluster, foram feitas as simulações que levaram vários meses, dada a complexidade desse tipo de solução envolvendo centenas de átomos”, conta o orientador, informando que no Laboratório de Desenvolvimento em Física Teórica (LDFT) da UNIFAL-MG foi criada a ferramenta de pós-processamento dos resultados, fundamental para explicar as origens da anisotropia na resposta óptica das ligas.
Para o professor, o estudo em Física Básica vislumbra aplicações em nanofotônica — estudo do comportamento da luz na escala nanométrica, abrangendo a interação entre a luz e objetos de dimensões nanométricas — para as quais o conhecimento profundo de como os materiais interagem com o ambiente à sua volta é fundamental para o desenvolvimento de dispositivos, como sensores direcionais de luz.
“Esperamos que, além dos resultados específicos obtidos para as ligas de ouro e prata, a técnica empregada possa ser utilizada para a análise de outros sistemas, contribuindo para o avanço da área de física dos materiais”, afirma.
Quanto à repercussão do estudo na revista científica internacional, o professor Anibal Bezerra compartilha a satisfação do grupo de pesquisadores. “Esse reconhecimento nos incentiva a continuar a conduzir pesquisa em colaboração com outros pesquisadores do Brasil e de fora do país”, comenta. “Mostra que é possível que nossos alunos produzam ciência de qualidade, que contribui para o avanço da ciência e, em especial, contribui para o seu desenvolvimento enquanto cientistas”, conclui.
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A dissertação do mestrado de Hiago Carvalho, intitulada Análise das propriedades ópticas e elétricas em ligas de AGXAU1−X utilizando a teoria do funcional da densidade, pode ser acessada na página do Programa de Pós-Graduação em Física da UNIFAL-MG, neste link.
