Dinâmica e transições de fase em sistemas periódicos

Resumo

Fenômenos surpreendentes podem ocorrer em sistemas que tendem a formar estruturas periódicas elásticas, em função da competição entre força externa, elasticidade e periodicidade da estrutura. A periodicidade permite a formação de defeitos topológicos, como paredes de domínios e deslocações, que determinam o comportamento dinâmico e os mecanismos de transições de fase do sistema. Redes de vórtices em materiais supercondutores de altas temperaturas são exemplos importantes dessa classe de sistemas, em função do grande interesse científico e tecnológico atual nestes materiais. Em particular, o entendimento dos mecanismos que permitem, ou que limitam, o aprisionamento da rede é de grande importância para obtenção de altas correntes críticas em presença de campo magnético e o desenvolvimento de dispositivos supercondutores. Outros exemplos importantes ocorrem em superfícies cristalinas como, crescimento de camadas epitaxiais tensionadas e atrito de deslizamento de superfícies lubrificadas. Neste caso, a estrutura periódica relevante consiste em uma ou várias camadas atômicas sobrepostas sob a ação de uma força externa induzida pelo substrato ou por outra superfície. Estudos da dinâmica desses sistemas, permite uma melhor compreensão dos mecanismos de ordenamento e formação de defeitos topológicos que são de utilidade na fabricação de super-redes semicondutoras. Da mesma forma, o estudo do atrito de deslizamento de superfícies lubrificadas é de grande importância para nanotribologia. O projeto visa desenvolver pesquisa teórica sobre dinâmica e transições de fase nestes sistemas. Os problemas a serem investigados e os métodos teóricos utilizados são comuns as duas áreas envolvidas, supercondutividade e Física de superfícies, permitindo assim uma abordagem unificada dos mecanismos físicos envolvidos. Métodos numéricos de simulação por Monte Carlo e dinâmica molecular serão utilizados para o estudo dos modelos relevantes. Limitações computacionais importantes como, longos tempos de execução devido a lenta relaxação e natureza desordenada das diferentes fases dos sistemas, serão superadas utilizando-se processamento paralelo em clusters de microcomputadores. Dentre os problemas a serem investigados destacam-se: fusão da rede de vórtices em supercondutores, atrito cinético e nucleação de defeitos em superfícies. (AU)