Princípios e métodos de eletrodinâmica quântica de baixa energia

• Processo: 24/02000-2
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2030
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Paulo Roberto Bueno
• Beneficiário: Paulo Roberto Bueno
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Eduardo Maffud Cilli ; Marcelo Ornaghi Orlandi
• Pesquisadores associados: Adriano dos Santos ; Marcelo Mulato ; Paulo Ricardo da Silva Sanches ; Renato Sousa Lima
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/03273-5 - Teoria da Velocidade Quântica e Pseudocapacitância, BP.PD; 25/03386-4 - Eletrônica quântica de estruturas na nanoescala eletroquímicas 1D e 2D e suas aplicações, BP.DD; 25/03387-0 - Exploração da transdução de sinais baseada na eletroquímica quântica para abordagens de biossensores em aplicações na saúde, BP.DD
• Assunto(s): Eletroanalítica Mecânica quântica Eletrônica molecular Eletrodinâmica quântica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: electroanalysis | low-energy quantum mechanics | molecular electronics | quantum electrodynamics | Eletroanalítica

Resumo

A eletrodinâmica quântica descreve como a luz e a matéria interagem e é a primeira teoria onde é alcançada uma concordância total entre a mecânica quântica e a relatividade especial. O grupo de pesquisa Nanobiônica tem investigado (tanto teórica quanto experimentalmente) como os elétrons são transferidos, transportados e armazenados em nanoescala em um ambiente eletrolítico e demonstrou que os elétrons seguem regras de eletrodinâmica quântica relativística. Portanto, o foco desta proposta de pesquisa é compreender os fenômenos da eletrodinâmica quântica que ocorrem em um meio eletrolítico, que é o ambiente em que a vida surge. Isto compreende principalmente a eletroquímica, que é o campo da química em que o fenômeno da transferência de elétrons (ET) é estudado. O fenômeno ET é de fundamental importância para a compreensão de processos biológicos como respiração e fotossíntese. No entanto, as teorias de ET têm sido compreendidas há mais de 70 anos apenas a partir de uma perspectiva semiclássica, na qual a visão teórica dominante é a teoria de ET de Marcus (premiada com o Nobel em química em 1992). Os primeiros princípios da mecânica quântica para a teoria de ET foram propostos pelo nosso grupo de pesquisa e tal abordagem foi denominada teoria da taxa quântica (QR). A teoria é baseada em um conceito de taxa da mecânica quântica de primeiros princípios que compreende a relação de Planck-Einstein E=h½, onde ½=e^2/hC_q é uma frequência associada à capacitância quântica C_q e E=e^2/C_q é a energia associada a ½. A consideração da mecânica estatística sobre E=e^2/C_q nos permite derivar a constante de velocidade do tipo Arrhenius de para a teoria de ET de Marcus simplesmente como uma configuração particular da taxa quântica ½. Consequentemente, este conceito ½ fornece as bases da mecânica quântica para reações eletroquímicas à temperatura ambiente. No entanto, a teoria vai além da explicação do conceito de taxa de ET no campo da físico-química. Ele nos permite compreender a eletrodinâmica quântica do grafeno e o transporte de elétrons em junções moleculares e fornece uma maneira de calcular a estrutura eletrônica de pontos quânticos orgânicos e inorgânicos a temperatura ambiente, sende essas estruturas do tipo bidimensionais como o grafeno e muitas outras mais.O objetivo desta proposta de pesquisa é continuar explorando a base fundamental da teoria QR e explorar sua aplicação na compreensão de processos biológicos e como uma ferramenta para a química eletroanalítica quântica que abrange aplicações em diagnóstico molecular, cálculo de constantes de afinidade de ligação molecular, estudo de reação heterogênea, desenvolvimento de transistores e transdutores de efeito de campo resistivo-capacitivo quântico, bem como compreender o fenômeno da pseudocapacitância como conceito básico do funcionamento de supercapacitores e baterias, etc. (AU)