MESDMecânica Estatística de Sistemas Dissipativos

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Mecânica Estatística de Sistemas Dissipativos (MESD)

O notável desenvolvimento das modernas tecnologias, fundamental para o progresso e bem-estar da sociedade mundial, impõe um particular estresse sobre a física básica, mais precisamente na Estatística Termo-Mecânica. Enfrentamos situações em eletrônica e optoeletrônica que envolvem sistemas físico-químicos muito afastados do equilíbrio termodinâmico, onde processos ultrarrápidos (nas escalas de tempo de bilionésimas de segundo) e não-lineares estão presentes. A mais devemos estar cientes do rápido desenvolvimento de nanotecnologias e o uso de sistemas de baixa dimensionalidade (e.g., poços quânticos nanometricos e gotículas quânticas em heteroestruturas semicondutoras). Tudo isto demanda termos acesso a uma Mecânica Estatística que seja eficiente para tratar com estes requerimentos.

A mais, deve-se enfrentar o estudo da assim chamada matéria mole (“soft matter”) e fluidos com estrutura complexa (usualmente do tipo com auto-afinidade de tipo fractal). Isto é relevante para o desenvolvimento tecnológico em atividades referentes,por exemplo, a polímeros, petróleo (extração e petro-quimica), cosméticos, engenharia de alimentos, electrónica e fotónica, engenharia médica, e outros. No estudo do estado macroscópico de não equilíbrio de sistemas, como aqueles indicados anteriormente, enfrentamos dificuldades maiores que aquelas na teoria dos sistemas em equilíbrio. Isto é devido principalmente ao fato de que um analise mais detalhado é necessário para determinar a dependência temporal de propriedades mensuráveis as quais variam no tempo (ou seja, dependem da evolução no tempo do macroestado de não-equilíbrio do sistema no qual estão em andamento processos dissipativos, processos que também são dependentes da posição no espaço). Tal dependência é não local no espaço e não instantânea no tempo. Consequentemente, formalismos termo-mecânicos estatísticos avançados são, como já dito, necessários para tratar com estas questões, e podemos mencionar Dinâmica Molecular de Não Equilíbrio (ou Modelagem Computacional) e o formalismo do Ensemble Estatístico de Não Equilíbrio. No Grupo temos trabalhado extensivamente este último no que se refere aos seus fundamentos e os métodos associados a serem utilizados em aplicações práticas, os que foram aplicados ao estudo de semicondutores e fluidos quando sob altos níveis de excitação (i.e., condições de largo afastamento do equilíbrio termodinâmico).

Ao longo de vários anos o Grupo tem sido contemplado com auxílios financeiros da FAPESP dentro de Projetos Temáticos referentes a "Desenvolvimento de Formalismo de Ensemble de Não Equilíbrio para Aplicações no Estudo de Sistemas de Matéria Condensada de Interesse em Ciência, Tecnologia & Inovação". Numa breve descrição por títulos de tais aplicações listamos alguns dos projetos em desenvolvimento:

  • Propriedades ópticas de semicondutores com altos níveis de excitação;
  • Propriedades de transporte de semicondutores em campos elétricos intensos;
  • Hidrodinâmica não linear de ordens superiores;
  • Hidrodinâmica de fluidos sob vazão e tensão de cisalhamento;
  • Semicondutores com estruturas complexas (fractal em media);
  • Hidrodinâmica de fluidos com estruturas complexas.

O primeiro item está relacionado ao estudo de processos de relaxação ultrarrápidos (escalas de pico- e femto- segundos) que governam as propriedades de semicondutores em dispositivos eletrônicos e opto-eletrônicos. O segundo trata com propriedades de transporte na presença de campos elétricos intermediários e intensos em semicondutores polares da família dos III-N usados nos chamados diodos e lasers no azul, hoje em dia com importante relevância em tecnologias avançadas relativas a produtos de interesse comercial. O terceiro e o quarto itens tratam da Hidrodinâmica Generalizada, i.e., além da standard usual, cobrindo, como previamente indicado, vários tipos de processos industriais, assim como a Microfluídica de atual relevância (e.g., instrumentação para Genômica, etc.). O quinto cobre o caso de amostras semicondutoras com geometrias restritas e envolvendo estruturas complexas. O último item se refere ao caso de fluidos com estruturas complexas que introduzem os chamados “vínculos escondidos”, ou seja falha no acesso à informação que é relevante para apropriadamente descrever as propriedades do sistema, requerendo a introdução de ensembles estatísticos alternativos (auxiliares).

História do grupo

O Grupo surgiu no início da década dos anos de 1970, consequência da participação da Unicamp, sob liderança do Prof. Zeferino Vaz, no Projeto Governamental de Criação de Centros de Excelência de Pos-Graduação em Ciência e Tecnologia com apoio Finep. O Grupo vem trabalhando em colaboração com outros Grupos em Instituições no Brasil (PUCG, UFLA, ITA, LNLS) e no exterior (Espanha, México), colaboração financiada por Projeto Temático FAPESP.