LFCAnano

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 O Laboratório de Física do Campus de Abaetetuba de Nanomateriais (LFCANano), que está registrado na Plataforma Nacional de Infraestrutura de Pesquisa MCTI*, é um laboratório onde se realiza síntese e caracterização de nanomateriais, nanocompósitos, filmes poliméricos e sistemas integrados com nanotecnologia. A equipe de trabalho na área de nanociência do Campus de Abaetetuba está associada ao grupo de pesquisa Materiais Nano e Microestruturados da Amazônia (MNMA) **, criado em 2012.

Laboratórios de Física do Campus de Abaetetuba de Nanomateriais -LFCAnano

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Grupo de pesquisa Materiais Nano e Microestruturados da Amazônia-MNMA

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Da UFPA-Campus de Abaetetuba para o mundo: A história de cooperação entre a UFPA-Campus de Abaetetuba, Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e ISOLDE-CERN.

O curso de Física da UFPA- campus de Abaetetuba, através do grupo de pesquisa MNMA, vem firmando cada vez mais colaborações com o grupo de Solid States Physics do implantador ISOLDE (Isotope Separator On Line DEvice), localizado no CERN (European Organization for Nuclear Research), maior acelerador de partículas do mundo, medindo 27 km de circunferência, localizado na fronteira da Suíça com a França. Em 2018, os professores do campus de Abaetetuba da UFPA, Dr. Messias de Souza Costa e Dra. Cleidilane Sena Costa fizeram parte da equipe experimental do projeto CERN IS652 sobre óxidos de vanádio (Figura 1 e 2). Este projeto é liderado pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) com colaboração das Universidades de Essen e Gottingem da Alemanha  em que participaram do processo de implantação do isótopo radioativo nas amostras e realizaram medidas experimentais de  Correlação Angular Perturbada diferencial no tempo (TD-PAC- do termo em inglês), uma técnica nuclear de análise das interações  hiperfinas da estrutura da matéria.  A partir desse período, em colaboração com pesquisadores do Irã, Suíça, Alemanha, Portugal e Espanha, alguns resultados experimentais realizados  no CERN foram  publicados no dia 16 de março de 2023 na conceituada revista internacional Physical Review Materials (https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.7.033603). O  trabalho intitulado “Cd implantation in  α-MoO3: An atomic scale study” mostra que os fenômenos nanoscópicos em cristais de α-MoO3 lamelar, com vacâncias de oxigênio, e sua interação com impurezas metálicas, foram investigados através das interações hiperfinas obtidas via a técnica nuclear TD-PAC, usando o isótopo 111mCd/111Cd como sonda. Podemos, portanto, obter informações locais sobre uma escala atômica em relação à densidade de carga eletrônica, gradiente de campo elétrico (EFG) ou polarização (campo magnético hiperfino B). Os dados experimentais são complementados pelo emprego de simulações de teoria funcional de densidade (DFT), para apoiar a interpretação dos dados experimentais.Cada átomo de Molibdênio (Mo) numa estrutura alfa-MoO3 está ligado a 3 átomos de Oxigênio em posições cristalográficas distintas O1, O2 e O3. O resultado da pesquisa mostra que, para esta molécula com uma impureza de Cádmio (Cd), a configuração de Cd intersticial com duas vacâncias de  O2, localizadas em planos diferentes, é mais favorável e estável do que as outras configurações de defeitos. Esse estudo é de grande relevância para a compreensão e aplicação desses materiais em dispositivos elétricos, como células solares, catálise, detecção de gás, emissão de campo, baterias de íons de lítio, dispositivos fotocrômicos e eletrocrômicos, e fotodetectores ultravioleta.

Figura 1: Equipe brasileira em frente ao prédio do implantador ISOLDE, campus principal do CERN, Genebra-Suíça, em 2018. Da esquerda para direita, Prof. Artur Wilson Carbonari (IPEN), Profa Cleidilane Sena Costa (UFPA-Abaetetuba), Prof. Messias de Souza Costa (UFPA-Abaetetuba) e os pós-doutores do IPEN, Anastasia Nikolaevna Burimova, Tatiana da Silva Nascimento Sales e Iberê Souza Ribeiro Júnior.

Figura 2: No laboratório de interações hiperfinas do ISOLDE-CERN vemos, a partir da esquerda, os Professores Messias de Souza Costa (UFPA-Abaetetuba), Artur Wilson Carbonari (IPEN) e Cleidilane Sena Costa (UFPA-Abaetetuba) com a doutora e coordenadora, Juliana Shell, do grupo Solid Physics State do ISOLDE-CERN.

Além desse trabalho, em parceria com o grupo de Interações Hiperfinas do IPEN e colaborações com o Institute of Physics for Advanced Materials, Nanotechnology, and Photonics (IFIMUP), Porto, Portugal; EP Department, ISOLDE-CERN, Geneva, Switzerland e Institute for Materials Science and Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), University of Duisburg-Essen, Essen, Germany, o professor Gabriel Adolfo Cabrera Pasca, também do curso de Física da UFPA-Campus de Abaetetuba e grupo MNMA, faz parte como colaborador do projeto [INTC-P-658] Proposal "Oxide and Metal Halide Perovskites: Temperature-Dependent Dynamic Nature of Crystal Structure and Symmetry Relations" aprovado para implantação de núcleo radioativo nas amostras no CERN- ISOLDE Solid State Physics. Estes materiais denominados de Metal Halide Perovskite Cs(Pb, Sn)X3 e Perovskite Zircônio chumbo em escala nanométrica tem um forte apelo na geração de energia sustentável. No entanto, há necessidade de estudos objetivos quanto às propriedades físicas locais (distorções, quebras de simetria, formação de fases, etc) que serão realizadas no CERN-Isolde visando contribuir para um melhor direcionamento e aplicação destes tipo de nanomateriais(https://cds.cern.ch/record/2845937#).

 A UFPA-Campus de Abaetetuba, através do grupo de pesquisa Materiais Nano e Microestruturados da Amazônia (MNMA) e o LFCAnano, vem cada vez mais firmando cooperação com o grupo de Interações Hiperfinas do Centro do Reator de Pesquisa do Instituto de Pesquisa Energéticas e Nucleares (CERPq/IPEN), coordenado pelo professor Artur Wilson Carbonari. Desde 2015, o grupo estimula o intercâmbio de estudantes de graduação dos cursos de Física e Engenharia de Produção do Campus de Abaetetuba a realizarem estágio de pesquisa científica neste instituto. Em 2015,  Bruno Santos Corrêa e Ana Paula de Souza e Silva  viajaram para o IPEN, com ajuda de custo do Campus de Abaetetuba, para sintetizar nanopartículas de óxido de ferro, revestidas com óleos de açaí, ucuúba e bacaba, com a sonda radioativa 111Cd-111In. Este trabalho resultou na publicação do artigo “High-saturation magnetization in small nanoparticles of Fe3O4 coated with natural oils”, publicado em 2020 no Journal of Nanoparticle Research (https://doi.org/10.1007/s11051-020-4761-5).  Bruno, egresso do curso de Engenharia de Produção, atualmente é doutorando do programa de pós-graduação do IPEN-USP, onde pesquisa compostos intermediários com fortes correlações eletrônicas.

Em 2016  WANDERSON LOBATO FERREIRA, do curso de Física e orientado pelo Prof. Dr. Messias Costa, venceu o prêmio destaque de iniciação científica e através da bolsa PIBIC Verão realizou estágio científico no Laboratório de Interações Hiperfinas (LIH/CERPq), onde fez mestrado e atualmente está trabalhando no projeto de doutorado em sistemas fortemente correlacionados com ordenamento magnético anômalo, estudados através de simulações computacionais ab-initio.  Em seguida, ARNALDO ALVES MIRANDA FILHO, egresso do curso de Física, fez o mestrado sobre o estudo de sistemas multiferróicos e atualmente desenvolve o projeto de Doutorado no IPEN sobre sistemas multiferróicos  e excitações eletrônicas em vanadatos, o qual também está vinculado ao projeto  aprovado junto ao CERN, em que o Prof. Gabriel A.C Pasca também é integrante. Ressaltamos que,  Arnaldo e Bruno fizeram parte da equipe experimental do projeto [INTC-P-661] Probing structural transitions in M(II) vanadates (M = Zn, Mn, Cd, Ca) with TDPAC spectroscopy (https://cds.cern.ch/record/2845995?ln=pt) em cooperação com o ISOLD-CERN e atualmente fazem parte da equipe do projeto INTC-P-658 (Figura 3 e 4). A visita deles ao CERN foi amplamente divulgada na página do IPEN (https://www.ipen.br/portal_por/portal/interna.php?secao_id=38&campo=18547).

Figura 3 : Em frente ao prédio do ISOLDE, campus principal do CERN, Genebra-Suiça, a partir da esquerda, vemos Arnaldo Alves Miranda Filho (egresso do curso de Física da UFPA- Abaetetuba), Bruno Santos Corrêa (ao fundo- egresso do curso de Engenharia de Produção da UFPA-Abaetetuba), Nicole Pereira de Lima e o pós-doutorando Alexandre Pinheiro dos Santos Souza. Atualmente, todos fazem parte do programa de pós-graduação do IPEN.

 Figura 4: Bruno Corrêa e Arnaldo Alves no laboratório de implantação do ISOLDE.

No ano de 2019, um seleto grupo de alunos fizeram novamente intercâmbio em São Paulo, alguns com recursos próprios e outros por serem destaque de Iniciação Científica (PIBIC-Verão2018). Este grupo de alunos foi formado pelos  egressos RENATA CRISTINA FARIAS DA SILVA, EMERSON PATRICK DOS SANTOS VIEIRA, RENATA VIANA SANTOS e  ALEX DA CUNHA CAMPOS, estes três últimos  ganharam PIBIC-Verão 2018 sob a coordenação do Prof. Gabriel A.C. Pasca e Clediane Sena Costa (Figura 3 e 4). Destacamos o aluno Alex Cunha  que fez a estadia junto ao Instituto de física da USP (IFUSP), no departamento de Materiais sob supervisão do Prof. Rafael Sá de Freitas, onde teve a oportunidade de interação com equipamentos para mensurações magnéticas.  Nesse mesmo ano, a aluna SUZILENE VASCONCELOS DOS SANTOS ganhou ajuda de Custo do IPEN para uma semana na escola de Laser, a qual foi a única representante da região Norte (Figura 5). Atualmente, Suzileine Vasconcelos é aluna de Mestrado do PPGCEM, onde desenvolve a síntese de estruturas hierárquicas nanoestruturadas de Óxido de Cobre.

Figura 3: Premiação do PIBIC-Verão2018. Da esquerda para direita vemos Renata Viana Santos, Alex da Cunha Campos, Prof. Dr. Edmar Tavares da Costa (Pró-reitor de ensino de graduação no período), Prof. Gabriel Adolfo Cabrera Pasca, Profa Cleidilane Sena Costa e Emerson Patrick dos Santos Vieira. Todos os discentes premiados são egressos do curso de Física UFPA-Abaetetuba.

Figura 4: Na primeira imagem, de cima para baixo, vemos o doutorando Wanderson Lobato, Prof. Dr. Flávio Vargas, Prof. Dr. Messias Costa, Técnico do CERPQ Antônio Carlos Iglesias Rodrigues, doutorando Arnaldo Alves, e por último, egressos do curso de Física UFPA-Abaetetuba Renata Cristina e Emerson Patrick.

Figura 5: Em destaque vemos Suzilene Vasconcelos do Santos (egressa do curso de Física UFPA-Abaetetuba) no evento São Paulo School of Advanced Science on Frontiers in Lasers and their Applications Lasers. Evento ocorrido junto com a 16a edição do evento Swieca School on Non-Linear and Quantum Optics, em 2018.

No ano de 2020, antes do anúncio da pandemia de covid-19, os alunos Crystian Willian Campos da Silva, Katiusse Soares de Souza e Pedro Paulo Rodrigues Pinheiro Filho, este último ganhador do PIBIC-Verão 2019, realizaram estágio científico no Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais (CCTM) e no LIH-CERPq do IPEN. Na atualidade, Cristian Willian está finalizando seu mestrado no CCTM dando continuidade aos projetos iniciados no LFCAnano, o qual se refere a síntese de Nanopartículas de Ni/Ni3C para atividade catalítica. A discente  Katiusse Soares iniciou em 2022 o mestrado junto ao LIH-CERPq com projeto nucleado no LFCAnano sobre Nanopartículas de Mo3C a partir de dímeros, os quais  serão investigados pela técnica TDPAC. Os projetos de ambos discentes envolvem a utilização de óleos e resinas amazônicas, o que tem impulsionado a forte colaboração entre o LFCAnano/ CCTM/ CERPq/ IFUSP.

Figura 6: À esquerda vemos Pedro Paulo R. P. Filho ao lado de seu orientador, o Prof. Gabriel Pasca, agraciados com o prêmio destaque de iniciação científica PIBIC-Verão 2019.

Em janeiro de 2023, Josiel Ferreira, atual aluno de Mestrado do PPGCEM e ex-aluno do curso de física, e em fevereiro de 2023, Denilson Cardoso, graduando em Física, realizaram estágio de cooperação no LIH-CERPq. Josiel Ferreira, orientado pelo Prof. Gabriel A.C. Pasca, desenvolve a síntese de bioplásticos biodegradáveis reforçados com nanopartículas, também denominado de plásticos inteligentes.  Já Denilson  Cardoso é orientado pela professora Cleidilane e desenvolve a síntese de nanopartículas de vanadato de cobre, níquel e bismuto. Em 2022, viajou pela primeira vez para fora do estado para  apresentar o trabalho no encontro de Física do Norte e Nordeste, realizado em Fortaleza. Em 2023, viajou para São Paulo para estagiar no IPEN/USP, onde sintetizou filmes finos de vanadatos via spin-coater.

Figura 6: Na imagem da esquerda vemos Josiel Ferreira e Katiusse Soares no laboratório de interações hiperfinas do IPEN. Na imagem da direita vemos Josiel em frente a porta de entrada para o Reator IEA- RI do IPEN.

Finalmente, o MNMA e o LFCAnano agradece de maneira especial e sincera ao Prof. Artur Wilson Carbonari, líder do LIH-CERPq/IPEN, por ter aberto as portas para muitos de nossos alunos e acreditado na formação que recebem no curso de Lic.  em Física do campus de  Abaetetuba para serem “compositores e músicos desta orquestra chamada de Ciência" com projetos tão ambiciosos que em alguns dos casos são realizados no maior centro de pesquisa do mundo como é o CERN. Esta é a razão pela qual dizemos  “de Abaetetuba para o Mundo a nossa contribuição para ciência” (Figura 7).

Figura 7: A partir da esquema vemos Denilson Cardoso (graduando em Física, UFPA-Abaetetuba), Bruno Corrêa (egresso de engenharia de produção, UFPA-Abaetetuba, atualmente doutorando no IPEN),  Gabriel Pasca (Professor de Física, UFPA-Abaetetuba), Cleidilane Sena (Professora de Física, UFPA-Abaetetuba), Artur Carbonari (Professor do LIH-CERPq/IPEN), Messias Costa (Professor de Física, UFPA-Abaetetuba), Crystian Silva (egresso de Física, UFPA-Abaetetuba, mestrando no IPEN ), Katiusse Soares (egresso de Física, UFPA-Abaetetuba, mestrando no IPEN).

Diante do exposto vemos que nos últimos anos o curso de Física de Abaetetuba formou parcerias com os maiores e melhores centros de pesquisa do Brasil e do mundo, nos quais os alunos tem a oportunidade de visitar e, também, realizar pós-graduação quando egressos.