Design de materiais: dos materiais quânticos às aplicações em energia

• Processo: 23/09820-2
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2024
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2029
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Gustavo Martini Dalpian
• Beneficiário: Gustavo Martini Dalpian
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Adalberto Fazzio ; Alexandre Reily Rocha ; Amauri Jardim de Paula ; André Sarto Polo ; Carlos César Bof Bufon ; Fabio Furlan Ferreira ; José Antonio Souza
• Pesquisadores associados: Alberto Torres Riera Junior ; Ana Flávia Nogueira ; André Sarto Polo ; Andreia Fonseca de Faria ; Caio Henrique Lewenkopf ; Carlos Augusto Mera Acosta ; Daniel Roberto Cassar ; Danilo Waismann Losito ; Denis Ricardo Candido ; Felipe David Crasto de Lima ; Fernando Pereira Sabino ; Filipe Matusalém de Souza ; James Moraes de Almeida ; Jorge Mario Osorio Guillén ; José Eduardo Padilha de Sousa ; José Romão Franca ; Juan Camilo Alvarez Quiceno ; KARLA KARINY FERREIRA BARBOSA ; Leandro Nascimento Lemos ; Luana Sucupira Pedroza ; Lucas Martin Farigliano ; Marcio Jorge Teles da Costa ; Márcio Sampaio Gomes Filho ; Mariana Rossi Carvalho ; Maykon Alves Lemes ; Odair Pastor Ferreira ; Pedro Alves da Silva Autreto ; Pedro Paulo de Mello Venezuela ; Roberto Hiroki Miwa ; Simon Billinge ; Thiago Puccinelli Orlandi Nogueira ; Valeria Spolon Marangoni ; William Fernando Espinosa García
• Auxílio(s) vinculado(s): 25/14263-0 - Equipamento Multi Usuário (EMU) concedido no processo 2023/09820-2: cluster de processamento de alto desempenho, AP.EMU; 24/15395-5 - Estudos de primeiros princípios de superfícies e interfaces em materiais quânticos e materiais para energia, AV.BR; 24/16896-8 - EMU concedido no processo 2023/09820-2: sistema de medidas de propriedades ópticas, AP.EMU
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/14478-7 - Divulgação do Projeto 'Design de Materiais' para a sociedade, BP.JC; 25/18133-4 - Aproveitando Grandes Modelos de Linguagem para Extração de Informações de Artigos Científicos sobre Síntese de Pontos de Carbono, BP.IC; 25/13052-6 - Modelos interpretáveis com uso de clusterização para a previsão da temperatura crítica de supercondutores, BP.IC; + mais bolsas vinculadas 25/12820-0 - Avaliação de Dados em Informática de Materiais, BP.TT; 25/06024-6 - Informática de Materiais Aplica a Descoberta de Óxidos de Alta Entropia para Células a Combustível de Óxido Sólido, BP.DR; 25/13106-9 - Efeitos Quânticos Topológicos Governados por Defeitos Locais, BP.PD; 25/13291-0 - Defeitos em materiais 2D: como eles impactam a captura de elétrons, BP.IC; 24/21550-3 - Aumentando a Estabilidade das Perovskitas: Efeitos da Temperatura e Pressão sobre Defeitos Estendidos e Fronteiras de Grão, BP.PD; 25/04149-6 - Estudo de transporte de portadores de carga em sistemas 2D para conversão de energia solar, BP.DD; 24/16774-0 - Aprendizado ativo para o desenvolvimento de novas nanopartículas metálicas: aplicações em eletrocatálise, BP.DD; 24/22048-0 - Materiais topológicos não cristalinos: Transporte eletrônico, BP.DD; 24/21590-5 - Otimização das propriedades de perovskitas de haleto com baixa dimensionalidade, BP.DD; 24/18568-8 - Estudo da ordem local de perovskitas duplas sem chumbo, BP.PD; 24/18045-5 - Suporte Técnico e Científico às Medidas de Transporte Elétrico e Propriedades Ópticas, BP.TT; 24/17010-3 - Estudo de nanopartículas de platina para reações de evolução de hidrogênio: Aproximando experimentos da teoria, BP.IC; 24/18240-2 - Dependência das propriedades físicas na dimensionalidade de perovskitas de haleto híbridas, BP.PD; 24/18833-3 - Síntese e caracterização estrutural de pervoskitas de haletos orgânico-inorgânico, BP.IC; 24/13697-4 - Processamento de Linguagem Natural para Extração de Dados de Reações de Redução de CO2, BP.IC; 24/13738-2 - Extração de informações de artigos científicos usando processamento de linguagem natural: rumo ao design de células a combustível de óxido sólidas, BP.IC - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Materiais Materiais quânticos Caracterização estrutural
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: energy materials | Materials Characterization | materials informatics | quantum materials | Synthesis Of Materials | Materiais

Resumo

Avanços em muitas tecnologias, como energia renovável e sustentável, computação quântica, armazenamento de dados e diferentes tipos de sensores para aplicações que vão da saúde à agricultura, dependem de nossa capacidade de projetar e realizar materiais com propriedades otimizadas. Nesta perspectiva, a descoberta e o design de materiais dependem intimamente de esforços conjuntos entre simulação, síntese e caracterização de materiais. As ferramentas computacionais para simulação de materiais adquiriram um nível avançado de maturidade e, quando aliadas a conceitos de ciência de dados, podem levar a novas formas de desenvolver materiais com propriedades específicas. Ao mesmo tempo, métodos experimentais de síntese estão se tornando ecologicamente corretos e a busca por rotas de síntese com custo e pegada de carbono reduzidos levará a compostos com maior possibilidade de chegar ao mercado. Do ponto de vista da caracterização, o desenvolvimento de instalações avançadas, como a fonte de luz síncrotron SIRIUS, está nos levando a uma posição em que as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas mais sutis podem ser avaliadas com precisão. Este projeto reunirá pesquisadores com experiência em diferentes áreas de pesquisa de materiais para otimizar o desenvolvimento e a compreensão dos materiais. Além do desenvolvimento de trabalhos e técnicas fundamentais dentro de cada uma das frentes acima, focaremos em desafios que possam integrar as equipes de simulação, síntese e caracterização. Também pretendemos construir protótipos de dispositivos funcionais com os materiais desenvolvidos, fechando o ciclo do design computacional para as aplicações. Considerando a expertise da equipe e as principais demandas nacionais, focaremos em materiais para energia, incluindo perovskitas haletos e outros semicondutores, e materiais quânticos, como isoladores topológicos e compostos para spintrônica. Como forma de nos mantermos atualizados sobre os desenvolvimentos da área, também teremos esforços voltados para desenvolvimentos em metodologias fundamentais relacionadas à área de física da matéria condensada. (AU)

Publicações científicas

(14)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

QUINTERO, LEONARDO; SOUZA, JOSE ANTONIO. Releasing charge transport barriers at low bias in perpendicularly aligned 2D halide perovskite. SURFACES AND INTERFACES, v. 55, p. 9-pg., 2024-12-01. (21/11446-6, 23/09820-2)

DOS SANTOS, WASHINGTON F.; AMORIM, FELIPPE; REILY ROCHA, ALEXANDRE. Simulating graphene-based single-electron transistor: incoherent current effects due to the presence of electron-electron interaction. Nanotechnology, v. 36, n. 2, p. 8-pg., 2025-01-13. (23/09820-2, 23/11751-9, 17/02317-2, 21/14335-0)

POLIMANTE, LUCAS; DA SILVA, JULIANA PEREIRA; FERREIRA, FABIO FURLAN; POLO, ANDRE SARTO. Enhancing the stability of methylammonium-based perovskite solar cells prepared in ambient conditions by adding formamidinium cations. SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS, v. 285, p. 8-pg., 2025-06-15. (17/11986-5, 23/09820-2, 22/07268-8)

FREITAS, ANDRE L. M.; CATURELLO, NAIDEL A. M. S.; TOFANELLO, ARYANE; KANEKO, ULISSES F.; CORREA, LUCAS E.; DOS REIS, RICARDO D.; FERREIRA, FABIO F.; DALPIAN, GUSTAVO M.; SOUZA, JOSE A.. Releasing trapped excitons in 2D perovskites via pressure annealing: a cooperative interplay between lattice strain and the electronic structure. MATERIALS CHEMISTRY FRONTIERS, v. 9, n. 3, p. 13-pg., 2024-12-11. (23/12165-6, 20/09563-1, 19/21656-8, 18/00823-0, 23/09820-2, 21/11446-6)

LEMES, MAYKON A.; SOARES, CASSIO C.; MORAIS, ELIANE A.; ONOFRE, YINA J.; DE GODOY, MARCIO P. F.; PASCHOAL, CARLOS W. A.; ACUNA, JOSE J. S.; ACOSTA, CARLOS MERA; SOUZA, JOSE ANTONIO. Unveiling Low-Energy Emission in 2D Organic-Inorganic Perovskites: A Photorecycling and Electron-Phonon Coupling Study. ACS PHOTONICS, v. N/A, p. 14-pg., 2025-06-12. (21/11446-6, 23/09820-2, 23/10982-7)

ACOSTA, CARLOS MERA. Unified magnetoelectric mechanism for spin splitting in magnets. PHYSICAL REVIEW B, v. 112, n. 5, p. 8-pg., 2025-08-18. (23/09820-2)

ARAUJO, A. L.; DE LIMA, F. CRASTO; FAZZIO, A.. Reentrant topological phase in half-Heusler compounds. PHYSICAL REVIEW MATERIALS, v. 8, n. 12, p. 7-pg., 2024-12-05. (22/08478-6, 23/12336-5, 19/20857-0, 17/02317-2, 23/09820-2)

PAULIN, JOAO V.; BUFON, CARLOS C. B.. Sustainable brain-inspired electronics: digging into natural biomaterials for healthcare applications. RSC SUSTAINABILITY, v. 2, n. 11, p. 29-pg., 2024-09-27. (20/15869-6, 14/25979-2, 23/09820-2)

DIOGO, EMILAY B. T.; DA SILVA, EUFRANIO N.; OLIVEIRA, WILLIAN X. C.; STUMPF, HUMBERTO O.; FABRIS, FERNANDO; DE ALMEIDA, ADRIELE A.; KNOBEL, MARCELO; FERREIRA, FABIO F.; NUNES, WALLACE C.; PEDROSO, EMERSON F.; et al. Isostructural Oxamate Complexes with Visible Luminescence (Eu³⁺) and Field-Induced Single-Molecule Magnet (Nd³⁺). CHEMISTRY-AN ASIAN JOURNAL, v. N/A, p. 13-pg., 2024-10-31. (21/13592-0, 23/09820-2, 17/10581-1)

NARCISO PEDROSA, RENAN; VILLEGAS, CESAR E. P.; REILY ROCHA, ALEXANDRE; AMORIM, RODRIGO G.; SCOPEL, WANDERLA. Interlayer Excitons and Radiative Lifetimes in MoSe₂/SeWS Bilayers: Implications for Light-Emitting Diodes. ACS APPLIED NANO MATERIALS, v. 8, n. 10, p. 8-pg., 2025-03-03. (21/14335-0, 23/09820-2, 23/11751-9)

LIMA, F. CRASTO DE; MIWA, ROBERTO H.; LEWENKOPF, CAIO; FAZZIO, ADALBERTO. Interacting virtual topological phases in defect-rich two-dimensional materials. PHYSICAL REVIEW B, v. 111, n. 19, p. 7-pg., 2025-05-19. (23/09820-2)

OLIVEIRA, WESLEY K. C.; DINIZ, RAISA M. C. S.; RODRIGUES, JESSICAA. O.; DE SOUSA, FRANCISCO F.; DOS SANTOS, CLENILTON C.; SINFRONIO, FRANCISCO S. M.; FERREIRA, FABIO F.; DA SILVA FILHO, JOSE G.; DE MENEZES, ALAN S.. Spherulite-like Ni(II)(l-glutaminatoH₂O)₂ Complex: Morphological Microstructure, DFT-Assisted Crystal Structure Determination, and Vibrational Analysis. ACS OMEGA, v. 10, n. 9, p. 11-pg., 2025-03-02. (23/01502-1, 23/09820-2)

LYU, PEIFEN; MATUSALEM, FILIPE; DENIZ, ECE; ROCHA, ALEXANDRE REILY; LEITE, MARINA S.. In Situ Solid-State Dewetting of Ag-Au-Pd Alloy: From Macro- to Nanoscale. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES, v. 16, n. 45, p. 11-pg., 2024-11-04. (20/06896-0, 21/14335-0, 23/09820-2, 17/02317-2, 23/11751-9)

SABINO, FERNANDO P.; XIONG, JIA-XIN; ZHANG, XIUWEN; DALPIAN, GUSTAVO M.; ZUNGER, ALEX. Alloying multiple halide perovskites on the same sublattice in search of stability and target band gaps. MATERIALS HORIZONS, v. N/A, p. 13-pg., 2025-06-06. (21/14422-0, 21/11786-1, 23/09820-2)