Os momentos de correlação quadrática (QCM) e os desvios relativos quadráticos médios (MSRD) entre deslocamentos atômicos de sítios da rede, expressando as amplitudes efetivas das vibrações atômicas num cristal, são as mais importantes características da dinâmica de redes. Além disso, estas quantidades estão relacionadas com propriedades termodinâmicas dos sólidos sendo que algumas leis semi-empíricas de fusão podem ser expressas em termos delas. Recentemente, baseado no Método Correlativo Não Simetrizado do Campo Autoconsistente, foram deduzidas as fórmulas gerais para QCM e MSRD num cristal. Tais fórmulas foram aplicadas numa cadeia linear, em modelos bidimensionais e em redes tridimensionais. Neste projeto proponho a continuidade das investigações de QCM e MSRD em cristais anarmônicos.

Gerais

Investigar os momentos de correlação quadrática e os desvios relativos quadráticos médios em cristais anarmônicos bidimensionais e tridimensionais, com especial ênfase dada ao grafeno e ao siliceno.

Específicos

a) Investigação dos efeitos de forte anarmonicidade nas correlações interatômicas e desvios relativos médios quadráticos em modelos bidimensionais e tridimensionais;

b) Cálculo das propriedades dinâmicas do grafeno e do siliceno. Como se sabe átomos de carbono e de silício, sob certas condições, se cristalizam em uma forma hexagonal conhecida como grafeno (veja Fig. 1) e siliceno (veja Fig. 2). Podem ser estudadas correlações intermoleculares e a curva de fusão deste composto.

c) Estudo do QCM e MSRD próximos à superfície do cristal. A superfície do cristal constitui um defeito, visto que ela é uma interrupção da rede cristalina. Isto traz novas e interessantes propriedades a serem analisadas;

d) Inclusão de correções quânticas ao estudo de QCM e MSRD, visto que até o momento a maioria dos trabalhos se restringiu a uma aproximação clássica.

O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono, assim como o diamante, o grafite, os nanotubos de carbono e fulerenos. Esse material, pode ser considerado tão ou mais revolucionário que o plástico e o silício. Quando produzido com alta qualidade pode ser muito forte, leve, quase transparente, um excelente condutor de calor e eletricidade. É o material mais forte já encontrado, consistindo em uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões. É um ingrediente para materiais grafíticos de outras dimensões, como fulerenos, nanotubos ou grafite. Entre as inúmeras aplicações e estudos a que o grafeno tem sido submetido em diversos centros de pesquisa do mundo podemos destacar: 1) estudo de cientistas da Rice University identificou que o óxido de grafeno tem a capacidade de remover material radioativo de água contaminada; 2) cientistas da universidade de Manchester mostraram que o grafeno é impermeável a tudo, exceto uma coisa: água - o que pode ajudá-lo a filtrá-la. 3) um papel anti-bactérias feito à base de grafeno foi criado para embalar alimentos na Universidade de Xangai. Como ele só é permeável à água inibe o crescimento de micro-organismos; 4) um sensor de grafeno capaz de monitorar a saúde bucal está em testes na Princeton University; 5) na universidade americana de Columbia, engenheiros usaram o grafeno para desenvolver o menor transmissor de frequência modulada; 6) cientistas da Nanyang Technological University, em Singapura, usaram a sensibilidade à luz do grafeno para criar um sensor para câmeras fotográficas dez vezes melhor que os atuais; 7) em função da baixa densidade e da enorme resistência, o grafeno pode ser usado na confecção de pequenos componentes que devem ser extremamente resistentes; 8) podem ter aplicações como baterias para smartphones e notebooks que são inteiramente recarregadas em pouco tempo; 9) interruptores ópticos para aumentar a velocidade da transmissão de dados; 10) painéis para captação de energia solar; 11) a capacidade de armazenar amônia e outros gases torna o grafeno útil na detecção de vazamentos inclusive o de explosivos; 12) revestimentos para evitar ferrugem; 13) aplicado em camadas o grafeno “esfria” e, por isso, estende a vida útil de componentes eletrônicos; 14) circuitos transparentes podem ser feitos com grafeno, os chamados “espelhos inteligentes”; 15) cientistas da Swinburne University of Technology desenvolveram um disco capaz de armazenar três vezes mais dados que um Blu-ray; 16) um suporte microscópico capaz de armazenar dados. Nele, o grafeno funciona como “papel” e os elétrons, como “tinta”. 17) a IBM está usando grafeno e silício combinados para desenvolver um novo tipo de chip mais potente; 18) engenheiros da Universidade do Michigan usaram o grafeno para desenvolver lentes ultra-finas capazes de capturar imagens em infravermelho; 19) em testes realizados com células animais na Polônia, o grafeno apresentou bons resultados no combate ao glioma (tipo de tumor que aparece no cérebro e na espinha). Ao formar uma rede em torno da célula doente, o grafeno cortava seu suprimento de oxigênio e nutrientes - terminando por levá-la à morte; 20) combinado a um filme elástico de polímero, o grafeno pode ser uma boa matéria-prima para músculos artificiais; 21) células da retina foram substituídas por tecido feito a partir de grafeno em testes realizados por pesquisadores alemães da Technical University of Munich; 22) pesquisadores da universidade de Harvard e do MIT desenvolveram um novo método utilizando o grafeno para sequenciar material genético.

O siliceno é uma estrutura composta unicamente por átomos de silício. Ele não é plano como o grafeno, apresentando uma estrutura cheia de altos e baixos. A aparência da estrutura do siliceno se assemelha à uma tela de galinheiro, onde cada “nó” da tela é um átomo de silício. O silício, que é a base de toda a eletrônica, é um semicondutor, o que significa que ele pode conduzir eletricidade ou bloquear sua passagem. A vantagem de se utilizar o siliceno é o fato de ser naturalmente semicondutor como o silício, mas ultrafino como o grafeno. Teoricamente, esse novo material deverá ter propriedades equivalentes às do grafeno. Mas sua grande vantagem é que ele é totalmente compatível com o restante da eletrônica, já que é essencialmente o mesmo material já usado atualmente pelo mercado, facilitando o processo de integração. O siliceno poderá aumentar a velocidade e diminuir o gasto de energia das futuras gerações de chips de computador, caso as previsões sejam confirmadas por experimentos que estão em andamento em vários laboratórios ao redor do mundo. O crucial, contudo, é que o siliceno é um semicondutor por natureza, o que o coloca como um material capaz de substituir o silício de forma direta. Este novo material até já foi usado para fazer alguns transistores experimentais para demonstração de seu potencial. O silício, que é a base de toda a eletrônica, é um semicondutor, o que significa que ele pode conduzir eletricidade ou bloquear sua passagem. É justamente esta capacidade de comutação entre condutor e não-condutor que possibilita seu uso para construir os transistores que manipulam a lógica binária.

            Assim, é de grande interesse tanto do ponto de vista científico quanto tecnológico o estudo destes dois materiais: o grafeno e o siliceno.