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Artigo | Vibrações em Minerais Controlam a Polarização de Ondas de Terahertz

Dos Autores Nicolas M. Kawahala, Daniel A. Matos, Raphaela de Oliveira, Raphael Longuinhos, Jenaina Ribeiro-Soares, Ingrid D. Barcelos e Felix G. G. Hernandez.
Publicado em 
npj 2d materials and applications
Com informações do pesquisador Felix Hernandez
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Vibrações em Minerais Controlam a Polarização de Ondas de Terahertz

A natureza nos presenteia com minerais extraordinários que se organizam em camadas empilhadas, fracamente ligadas entre si, chamados de minerais de van der Waals. Essas folhas podem ser removidas uma a uma, até se obter uma única camada isolada. Por exemplo, a descoberta do grafeno — obtido a partir da esfoliação do grafite — revolucionou a ciência dos materiais e rendeu o Prêmio Nobel de Física em 2010. Desde então, cientistas têm buscado novos materiais bidimensionais com propriedades elétricas, ópticas e mecânicas complementares, ampliando o leque de aplicações tecnológicas. 

Em um estudo recente, pesquisadores do IFUSP demonstraram que a polarização da luz na faixa de terahertz pode ser controlada por meio das vibrações das folhas de um mineral de van der Waals abundante na natureza: o clinocloro.

O trabalho, publicado na revista npj 2D Materials and Applications (grupo Nature, IF=9,2), foi realizado em colaboração entre três instituições no Brasil. O grupo da Dra. Ingrid Barcelos (CNPEM) forneceu as amostras de clinocloro extraídas em Minas Gerais. Na UFLA, o Prof. Raphael Longuinhos e a Profa. Jenaina Ribeiro-Soares realizaram os cálculos teóricos das vibrações, considerando a influência de impurezas no material. Já as medições experimentais foram conduzidas pelo grupo de terahertz do IFUSP, liderado pelo Prof. Felix Hernandez, utilizando instrumentação desenvolvida durante o doutorado de Nicolas Kawahala e aplicado no mestrado de Daniel Matos.

Essa pesquisa abre caminho para o uso de minerais naturais como uma alternativa de baixo custo na engenharia de materiais bidimensionais, permitindo o controle de propriedades ópticas através da manipulação de suas vibrações estruturais. 

A pesquisa foi apoiada pela FAPESP através do auxílio temático 2021/12470-8 e auxílio regular 2023/04245-0, do quais o Prof. Hernandez é pesquisador principal e pesquisador responsável respectivamente, e pela bolsa TT-5 2023/11158-6 do Dr. Kawahala. A bolsa de mestrado do Daniel Matos foi concedida pelo CNPq.

Mais informações sobre a pesquisa do grupo em: portal.if.usp.br/terahertz

Leia o artigo completo (acesso aberto):
Shaping terahertz waves using anisotropic shear modes in a van der Waals mineral
Nicolas M. Kawahala, Daniel A. Matos, Raphaela de Oliveira, Raphael Longuinhos, Jenaina Ribeiro-Soares, Ingrid D. Barcelos e Felix G. G. Hernandez.
npj 2D Materials and Applications 9, 16 (2025) 
https://doi.org/10.1038/s41699-025-00540-w


Nicolas (esquerda) e Daniel (direita) utilizando o espectrômetro de terahertz no domínio do tempo no DFMT.

 

Nota sobre o Professor Dr. Horacio Oscar Girotti


No dia 16 de dezembro de 2024, faleceu o Prof. Dr. Horacio Oscar Girotti, deixando um vazio imensurável com sua marcante presença. Nascido em 28 de março de 1939, em Vicente López, na região metropolitana de Buenos Aires, passou a infância em General Alvear, uma pequena cidade no centro da província de Buenos Aires.

Em 1962, graduou-se em Engenharia Eletromecânica pela Universidade Nacional de Buenos Aires. Foi durante esses estudos que descobriu sua vocação para a Física, decidindo aprofundar-se nessa área. Entre 1967 e 1968, realizou o mestrado em Física na University of California at Davis, com ênfase em Partículas Elementares e Campos.

Ao retornar à Argentina, concluiu o doutorado na Universidad Nacional de La Plata, onde atuou no ensino e pesquisa. Como membro do Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico e da Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires, dedicou-se à Teoria Quântica de Campos. Em 1975, com uma bolsa da Organización de los Estados Americanos, realizou um pós-doutorado no International Center for Theoretical Physics, na Itália, especializando-se na Teoria Geral de Partículas e Campos.

Sua trajetória tomou um novo rumo em outubro de 1976, quando aceitou o convite para ser Professor Visitante no Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Decidiu estabelecer-se em Porto Alegre com sua família após o nascimento de seu filho e a aprovação em concurso para Professor Titular. A partir de então, construiu uma sólida carreira como docente nos cursos de Graduação e Pós-Graduação em Física, atuando também como Membro Titular do Conselho de Ensino e Pesquisa e da Câmara de Pós-Graduação da UFRGS. Sua produção acadêmica o levou a obter a bolsa de produtividade em pesquisa do CNPq, alcançando seu nível máximo.

Entre 1985 e 1986, realizou estágios de pós-doutorado na Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, na Alemanha, com foco na Teoria Geral de Partículas e Campos. De 1992 a 2013, manteve uma colaboração intensa e produtiva com o Departamento de Física Matemática do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP), contribuindo para os avanços na Teoria Quântica de Campos e Supercordas. Em 2013, publicou o livro *An Introduction to the Functional Formulation of Quantum Mechanics*, pela World Scientific, consolidando sua influência acadêmica.

Esta breve biografia é uma homenagem a um cientista rigoroso e meticuloso, sempre em busca da excelência. Com grande dedicação, transmitiu conhecimento aos seus alunos, incentivando-os a aprimorar-se e acompanhar as pesquisas nacionais e internacionais. Seu amor pelo conhecimento transcendia sua área de atuação, refletindo-se em um interesse genuíno por diversas expressões da criatividade humana.

Além do reconhecimento acadêmico, conquistou a admiração e o respeito de alunos, colegas e amigos por sua disposição em auxiliá-los sempre que necessário. Seu legado vai além das contribuições científicas: deixou um exemplo de dedicação, integridade e empenho para todos que tiveram o privilégio de conhecê-lo.

- Texto elaborado por amigos e colaboradores

Com novo projeto, IFUSP reassume protagonismo na pesquisa de ímãs permanentes à base de terras raras

Com novo projeto em colaboração internacional aprovado pelo CNPq, IFUSP reaviva tradicional linha de pesquisa sob um novo paradigma. Pesquisadores de laboratórios dos Departamentos de Física Experimental (FEP) e Física dos Materiais e Mecânica (FMT) coordenam a iniciativa. 
Adaptado de texto de Júlio Larrea.

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Recém aprovado pelo CNPq, o projeto de pesquisa “Encontrando uma nova rota para ímãs permanentes a partir de sistemas eletrônicos correlacionados em escala nanoscópica”, ou em inglês “A new Route towards hard permanente magnets from correlated nanoscopic system”, será sediado no Instituto de Física (IFUSP) e coordenado pelo Prof. Julio Larrea do Laboratory for Quantum Matter under Extreme Conditions (LQMEC) em parceria com o Prof. Daniel Cornejo, do Laboratório de Materiais Magnéticos e Espectroscopia Mössbauer (LMM&EM). O projeto é uma colaboração internacional entre grupos de pesquisa do Brasil, Suíça, Inglaterra, China e Peru. 

Ímãs permanentes são cotidianos em nossas vidas, seja em objetos como adornos de geladeiras até no uso em aplicações tecnológicas essenciais, como discos rígidos, motores para veículos elétricos, geradores eólicos, componentes para a indústria aeroespacial, entre outros. A capacidade de armazenar energia magnética salienta a eficiência dos ímãs permanentes como materiais muito promissores para serem usados na atual revolução industrial quântica. 

No entanto, nas últimas três décadas, apesar dos grandes avanços nas sínteses de novos protótipos de ímãs permanentes (inclusive sendo produzidos em escalas nanoscópicas), a comunidade cientifica tem encontrado sérias limitações para melhorar a performance de ímãs permanentes. Por um lado, a maior eficiência é atingida quando os ímãs permanentes incluem na sua composição elementos terras-raras, como são os casos dos ímãs de NdFeB e SmCo5. Entretanto, a utilização desses elementos terras-raras tem um grande impacto ambiental e a escassez desses elementos também ocasionou um aumento exponencial no preço desses ímãs permanentes. Por outro lado, a maioria das tentativas de melhorar a eficiência dos ímãs permanentes foram direcionadas por “serendipity”, que mesmo com a inclusão de terras-raras, não houve melhora significativa no desempenho para as aplicações tecnológicas.

Além disso, a atual descrição da física dos ímãs permanentes foca-se em paradigmas do magnetismo onde as partículas fundamentais quânticas como a carga, spin e orbitais não interagem, situação que se afasta da realidade, sobretudo quando estes compostos contêm terras raras. 

No contexto deste desafio, a equipe internacional coordenada pelo Prof. Larrea está propondo uma nova abordagem para entender aspectos da física fundamental responsáveis pelas excelentes propriedades magnéticas dos ímãs permanentes. Abordando a interação entre as partículas fundamentais, dentro da física quântica de muito corpos, e na presença de efeitos quânticos de tamanho do sistema, como quando os compostos atingem escalas nanoscópicas, pretendemos descobrir quais escalas de energias no nível quântico são fundamentais para a formação dos ímãs permanentes baseados em terras raras. 

De acordo com o pesquisador Daniel Cornejo, a pesquisa de ímãs permanentes tem reconhecida tradição no IFUSP, com mais de quatro décadas de história. Ela foi liderada pelos professores Frank Patrick Missell e Hercílio Rodolfo Rechenberg. “Tanto o saudoso professor Hercílio quanto o Frank - meu mentor e amigo, atualmente aposentado -, foram pioneiros na tarefa de montar o que hoje é o LMM&EM. Eles deram contribuições muito significativas no estudo de propriedades de ímãs de terras raras, como SmCo5 e Nd2Fe14B. Mais ainda, formaram um bom número de recursos humanos, muitos dos quais hoje lideram diferentes grupos no Brasil com ênfase em magnetismo”.

Neste momento, no entanto, o IFUSP deve liderar a pesquisa sob um novo paradigma: “Por um lado, nossa abordagem tem relevância para o entendimento do magnetismo em função do comportamento coletivo das partículas quânticas na matéria. Por outro lado, a nossa equipe composta por especialistas na física de matéria condensada, tanto teórica como experimental, destaca a importância de entender os mecanismos básicos para posteriormente procurar novas rotas na obtenção de ímãs permanentes com menos uso de terras raras. Esses resultados também serão muito estratégicos para o Brasil, considerando que, apesar de sua grande reserva de terras raras, o know-how gerado deste projeto pode auxiliar na obtenção de ímãs permanentes mais sustentáveis. Ainda importante, a colaboração entre pares de diferentes instituições beneficiará a formação de recursos humanos especializados em materiais quânticos funcionais a partir dos auxílios de intercâmbio recebidos neste projeto. Estamos muito motivados nesta colaboração internacional, e acreditamos que laboratórios do IFUSP, como o LQMEC e LMM&EM poderão trabalhar em sinergia para superar desafios” - esclarece o Prof. Julio Larrea, coordenador do projeto.


A new route towards hard permanent magnets from Correlated nanoscopic system
Agência de Fomento: CNPq | Chamada: Apoios a Projetos Internacionais, MCTI/CNPQ Nº 16/2024 - Faixa 1

O projeto inclui colaboradores da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suíça); University of Oxford, Rutherford Appleton Laboratory and University of Warwick (Inglaterra); Zhejiang University (China); Universidad Mayor de San Marcos (Peru); Universidade de São Paulo, Universidade Federal de Amazonas, Universidade Federal do Oeste de Pará, Universidade Federal de Pernambuco (Brasil)
 
Contato: Prof. Julio Larrea | +55-11-30916727 | larrea@if.usp.br
Laboratory for Quantum Matter under Extreme Conditions (LQMEC)

FOTO: Prof. Larrea em frente do sistema criogênico “cryofree” do laboratório LQMEC.

Artigo | Shape-responsive host–guest chemistry: metal-free tetracationic porphyrin nonplanarity promoted by clay mineral interactions assessed by theoretical simulations

Dos autores Eduardo Diaz Suarez, Filipe Camargo Dalmatti Alves Lima, Arles V. Gil Rebaza, Vera Regina Leopoldo Constantino e Helena Maria Petrilli.
Publicado em Dalton Transactions. Back Cover do nº 6, 2025.
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O artigo, originalmente publicado em 18/12/24, é resultado da tese de doutorado de Eduardo D. Suárez (primeiro autor) orientando da Profª. Helena Maria Petrilli. O trabalho agora ganha destaque como Back Cover do número 6 / 2025, no periódico Dalton Transactions, publicação da Royal Society of Chemistry.
 
Abstract: 
Distortions in the porphyrin core from planarity can trigger a unique structure–property relationship, imparting its basicity, chemical stability, redox potential, and excited-state energetics, among other properties. The colour change promoted by such distortion is signed by red shifts in its electronic absorption spectra. The adsorption of guest meso-substituted free-base porphyrin species onto inorganic hosts, such as clay minerals (layered aluminium or magnesium silicates), is known to further promote colour changes. However, the origin of these changes remains a subject of debate without a clear consensus. In this work, an extensive theoretical study was conducted using density functional theory (DFT) to model the interactions between tetracationic porphyrins, specifically meso-substituted groups N-methyl-4-pyridyl (p-TMPyP) and N-methyl-3-pyridyl (m-TMPyP), and montmorillonite (MMT) with the ideal formula [(Al1.67Mg0.33)Si4O10(OH)2]−0.33. The following conditions were evaluated: (i) adsorption or intercalation of p-TMPyP into MMT host structure, (ii) intercalation of m-TMPyP into MMT, and (iii) the influence of water on the intercalation process. The electrostatic interactions between the porphyrins and the MMT siloxane surface induced conformational changes in p-TMPyP, characterized by rotation of the substituent groups at the macrocycle periphery and a twist of the porphyrin plane. The nonplanarity of the intercalated p-TMPyP guest produced robust Brønsted basic sites capable of abstracting H+ ions from intercalated water molecules, resulting in the formation of a dication. The macrocycle distortion was found to decrease π-conjugation, thereby enhancing the localisation of the lone pair on the imine nitrogen atom. On the other hand, m-TMPyP exhibited slight core macrocycle deformations and minor changes in the dihedral angles of its meso-substituent groups compared to its isomer, with no observed protonation reaction upon intercalation. These findings highlight the clay microenvironment as a promising strategy for inducing conformational alterations in porphyrins, promoting nonplanarity, and exemplifying a shape-responsive system within the framework of guest–host chemistry.
 
-> Acesse o artigo “Shape-responsive host–guest chemistry: metal-free tetracationic porphyrin nonplanarity promoted by clay mineral interactions assessed by theoretical simulations"

 

IFUSP recebe o pesquisador Dennis McKeon, da University of Western Ontario

Informações do pesquisador Fernando Tadeu Caldeira Brandt.
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Temos a satisfação de comunicar a visita do Prof. Dennis McKeon, da University of Western Ontario, Canadá, ao Instituto de Física da USP.

Durante um período de duas semanas - até o dia 22/02 - o Prof. McKeon estará conosco para dar continuidade à colaboração vigente em Teoria de Campos de Calibre e Gravitação, junto aos docentes Fernando Brandt (FEP), Josif Frenkel (FMA) e ao Dr. Sergio Martins Filho, que inicia pós-doutoramento com o Prof. Frenkel. 

A visita tem como objetivo principal o fortalecimento da parceria de longa data, que já resultou na publicação de 38 trabalhos ao longo de 29 anos. Os artigos da colaboração podem ser consultados por ESTE LINK - ênfase às duas publicações mais recentes, diretamente relacionadas à visita atual.

A visita do Prof. McKeon conta com o apoio financeiro da FAPESP, processo nº 2024/19216-8.

Professor Neilo Trindade recebe prêmio "Egressos de Destaque da UNESP" e celebra trajetória transformadora

  

Em cerimônia realizada na UNESP no dia 04 de fevereiro de 2025, o professor Neilo Trindade, docente do Departamento de Física Nuclear do IFUSP, recebeu o prêmio "Egresso de Destaque" na área de Ciências Exatas. A premiação foi promovida pela Pró-Reitoria de Pós-Graduação da Universidade e visa reconhecer a importância da atuação dos egressos da pós-graduação da Unesp na transformação da sociedade.

Mestre e Doutor pelo Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais da UNESP, o professor Neilo Trindade agradeceu o prêmio exaltando a importância da UNESP em sua vida. Natural de uma pequena cidade do interior de São Paulo, nem sempre a universidade pública se apresentou como uma realidade viável. Até ser apresentado à UNESP por um coordenador escolar.

O acolhimento desde os primeiros dias de sua graduação, em Bauru - onde recebeu atenção dos professores, apoio de colegas e ações de permanência - marcaram sua trajetória e ofereceram incentivo para que ele seguisse em frente com estudos e carreira. Após a Pós-Graduação, o pesquisador galgou oportunidades em outras instituições no Brasil e no exterior, mas sempre manteve uma conexão especial com sua alma mater, que representa para ele um importante espaço de oportunidades para muitos alunos.

Parabéns ao docente, que, aqui no IFUSP, já é referência para novos alunos em busca de oportunidades.    

 

Fotos: Divulgação.

 

 
 
 

Artigo | Quasiperiodic shrimp-shaped domains in intrinsically coupled oscillators

Dos autores Silvio L. T. de Souza, Antonio M. Batista, Rene O. Medrano-T, e Iberê L. Caldas. 
Publicado em Chaos.
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Abstract:

We report remarkable pattern formation of quasiperiodic domains in the two-dimensional parameter space of an intrinsically coupled system, comprising a rotor and a Duffing oscillator. In our analysis, we characterize the system using Lyapunov exponents, identifying self-similar islands composed of intricate regions of chaotic, quasiperiodic, and periodic behaviors. These islands form structures with an accumulation arrangement, denominated here as metamorphic tongues. Inside the islands, we observe Arnold tongues corresponding to periodic solutions. In addition, we surprisingly identify quasiperiodic shrimp-shaped domains that have been typically observed for periodic solutions. Similar features to the periodic case, such as period-doubling and secondary-near shrimp with three times the period, are observed in quasiperiodic shrimp as torus-doubling and torus-tripling.

 

 

 

Artigo | γ-radiation-induced centers in irradiated perovskite SrCeO3 and their role in thermally stimulated reactions: Fluorescence, thermally stimulated luminescence, electron paramagnetic resonance and shielding studies

Dos autores Vijay Singh, S. Watanabe, T.K. Gundu Rao, V.P. Singh e Nilo F. Cano.
Publicado em Ceramics International.
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Abstract:

One promising host for actinide radioactive wastes is orthorhombic perovskite-type oxide. Perovskite SrCeO3 ceramic was synthesized by nitrate-fuel combustion, which includes the organic fuel glycine. Powder X-ray diffraction was utilized to determine the structural features, and γ-radiation-induced changes and shielding properties were investigated in perovskite SrCeO3. In a mixed-phase sample, a bright sky-blue luminescence was observed, and two thermoluminescence (TL) peaks were seen in irradiated SrCeO3 ceramic. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectrum in γ-irradiated SrCeO3 ceramic had contributions from five defect centers. Center I having an isotropic g-value equal to 2.0283, is ascribed to an O− ion, while center II with an axial g-tensor with principal values g|| = 2.0224 and g⊥ = 2.0068 is determined as an O2− ion. O− ion relates to the TL peak at 215 °C. Center III with a g-value equal to 2.0009 is identified as an F+ center and is related to the 185 °C TL peak. The defect center associated with center IV is also identified as an F+ center. An additional defect center in the higher field region of the spectrum is assigned to an F+ center, and the center results from an F-center (oxygen vacancy with two electrons). The mass attenuation coefficients, effective atomic numbers, and half-value layer thicknesses concerning shielding property effectiveness were computed and it was found that the perovskite SrCeO3 ceramic provided superior γ-shielding properties.

 

 

 

Artigo | Sequential dissociation of ionized benzonitrile: New pathways to reactive interstellar ions and neutrals

Dos autores D. Bou Debes, M. Mendes, R. Rodrigues, J. Ameixa, L. M. Cornetta, F. Ferreira da Silva e and S. Eden.
Publicado em Astronomy & Astrophysics | 28/01/25.
Com informações do pesquisador Lucas Cornetta.
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A presença da molécula de benzonitrila em meios interestelares foi pela primeira vez observada em 2018 e uma série de estudos que exploram a dissociação unimolecular de seu cátion vem sendo realizados. Este artigo, por sua vez, apresenta a primeira investigação teórica-experimental acerca da dissociação metaestável da benzonitrila após sua ionização. Os experimentos conduzidos revelam 14 diferentes dissociações, das quais 11 nunca foram observadas antes. Dessa forma, o trabalho contribui para nossa compreensão de como a ionização da benzonitrila e suas possíveis rotas de fragmentação podem contribuir para a abundância de radicais e outras espécies reativas em ambientes interestelares.

 

 

 

Aposentadoria recente no IFUSP | Rachel Luiz Lage Cunha

Nos despedimos da colega que encerra seu vínculo conosco para a merecida aposentadoria!
[Com informações da Assistência Administrativa]

Rachel Luiz Lage Cunha – Bibliotecária.

Encerrou o vínculo em 20/12/24, após 46 anos de trabalho no IF.

Receba nossos agradecimentos pela dedicação e os melhores votos para este novo ciclo. Felicidades!

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