Polarons em Materiais Quânticos

• Processo: 25/08647-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Gustavo Martini Dalpian
• Beneficiário: Daniel de Martini Rivera Ferreira
• Supervisor: John P Perdew
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Tulane University, Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 23/03493-0 - Quebras de simetria na matéria condensada: de funções de onda a estruturas cristalinas, BP.DD
• Assunto(s): Materiais quânticos Polarons Teoria do funcional da densidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: materiais quânticos | pólarons | Quebras de Simetria | teoria do funcional da densidade | Materiais Quânticos

Resumo

A dopagem é uma estratégia central para ajustar as propriedades eletrônicas de materiais quânticos, frequentemente dando origem a fenômenos emergentes, como a supercondutividade não convencional ou transições metal-isolante, por exemplo. No entanto, compreender como os portadores de carga dopados interagem com a rede cristalina e com a estrutura eletrônica pré-existente permanece um grande desafio - especialmente devido à possível formação de polarons, que podem renormalizar fortemente a dinâmica dos portadores. Este projeto tem como objetivo estudar a formação de polarons em materiais quânticos utilizando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) como principal arcabouço computacional. Modelaremos o estado fundamental (GS) de materiais representativos por meio da aplicação controlada de quebras de simetria em setores de spin, carga, orbital e outros, permitindo uma descrição natural dos efeitos de correlação forte. Para melhorar ainda mais a precisão física das energias orbitais e da localização eletrônica, adotaremos esquemas corretivos como o DFT+$U$, não apenas para mimetizar a correlação, mas com o objetivo de impor a condição de Koopmans generalizada. Além disso, realizaremos comparações sistemáticas entre diferentes funcionais de troca e correlação, especialmente aqueles mais elevados na escada de Jacob, avaliando seu desempenho na formação de polarons em regimes com quebra de simetria. Este estudo visa não apenas fornecer uma compreensão mais profunda da natureza e estabilidade dos polarons em sistemas correlacionados, mas também ajudar a esclarecer a complexa interação entre diferentes mecanismos de quebra de simetria em materiais quânticos, contribuindo, em última instância, para uma modelagem mais preditiva de sistemas dopados. Adicionalmente, o projeto também está comprometido com a formação e o desenvolvimento acadêmico do estudante, promovendo uma visita de pesquisa de um ano ao grupo internacionalmente reconhecido liderado pelos Professores John P. Perdew e Adrienn Ruzsinszky. Durante esse período, o estudante trabalhará em estreita colaboração com a equipe, aprofundando sua compreensão sobre materiais quânticos, quebras de simetria e aproximações na teoria do funcional da densidade.