Formação de nanopartículas de prata por irradiação a laser: uma investigação ab initio

Resumo

A funcionalização de materiais é um empreendimento complexo e os desafios das tarefas para uma descrição teórica precisa requerem notáveis habilidades computacionais. Devido ao amplo leque de metodologias teóricas disponíveis para este estudo, definir um caminho de investigação torna-se fundamental para uma boa compreensão dos resultados obtidos. Neste projeto estamos propondo uma investigação ab initio utilizando o modelo de duas temperaturas para descrever os efeitos do laser de femtossegundo em materiais à base de prata com o objetivo de obter aplicações em nanodispositivos.A rápida resposta eletrônica em relação aos íons para a irradiação provoca a excitação dos elétrons do estado fundamental. Se a energia fornecida pelo laser for maior do que a região do band-gap, os elétrons mais próximos da energia de Fermi irão povoar os níveis desocupados da banda de condução, enquanto que para uma irradiação de laser mais intensa, os elétrons mais profundos da banda de valência serão excitados. Os métodos de "smearing" dentro do modelo de DFT-temperatura finita permitem entender e simular a excitação eletrônica. Esta é uma condição de não-equilíbrio e o processo de relaxação é acompanhado por dispersão de fônons. Adicionalmente, o aquecimento dos íons é revelado por sua energia cinética e, para simular os efeitos da temperatura da rede, será empregada a dinâmica molecular ab initio. Assim, a excitação eletrônica será descrita pela DFT-temperatura finita e o aquecimento da rede pela dinâmica molecular ab initio, ambos em uma única metodologia denominada modelo de duas temperaturas. A investigação dos efeitos do laser abre a possibilidade de funcionalizar, prever e inovar novos materiais. De acordo com os resultados experimentais de nossos colaboradores, a intensa irradiação a laser proporciona a quebra das ligações químicas e aglomeração dos átomos de prata até a formação de nanopartículas (NPs) na superfície do material hospedeiro. Todas as investigações propostas neste projeto serão concomitantes com as descobertas de nossos colaboradores experimentais. Além disso, a análise das NPs permitirá direcionar nossos resultados para aplicações em nanotecnologia e nanomedicina, como as propriedades bactericidas e antivirais. Assim, esperamos que nossas investigações teóricas possam nortear os experimentos de nossos colaboradores e contribuir para o desenvolvimento da técnica de funcionalização de materiais por irradiação com laser de femtossegundo. (AU)