Dinâmica, defeitos topológicos e transições de fase em meios ordenados

Resumo

Em diversos sistemas físicos, a quebra de simetria devido à transição para uma fase ordenada, permite a existência de defeitos topológicos estáveis que tem um papel dominante na determinação de suas propriedades físicas. A existência desses defeitos é uma conseqüência da periodicidade e rigidez do meio ordenado e são os responsáveis pelo mecanismo que produz a transição de fase. Em redes atômicas cristalinas, por exemplo, defeitos topológicos na forma de deslocações determinam a maioria das propriedades plásticas dos sólidos, tanto no aspecto dinâmico quanto estático. Materiais supercondutores de altas temperaturas é outro exemplo notável de meio ordenado, onde a dinâmica de defeitos topológicos na forma de vórtices tem um papel dominante, sendo responsável pela resistividade do material supercondutor. Outros exemplos importantes de meios ordenados onde defeitos topológicos são predominantes, ocorrem em superfícies cristalinas como, camadas epitaxiais tensionadas e superfícies lubrificadas. Neste caso, o meio ordenado relevante consiste em uma ou várias camadas atômicas sobrepostas sob a ação de uma força externa induzida pelo substrato ou mesmo por outra superfície. Estudos da dinâmica de formação de defeitos topológicos, como no caso de camadas epitaxiais tensionadas em materiais semicondutores, permitem uma melhor compreensão dos mecanismos de ordenamento e formação de deslocações e podem eventualmente ajudar na fabricação de estruturas e dispositivos. Em vista das possíveis aplicações dessas estruturas em nanotecnologia, é fundamental o aprofundamento do conhecimento nessa área. O mesmo ocorre em relação ao estudo do atrito de deslizamento de superfícies lubrificadas, em função da importância deste problema para o campo da nanotribologia. O projeto visa desenvolver pesquisa sobre dinâmica, defeitos topológicos e transições de fase em meios ordenados, relevantes para fenômenos que ocorrem principalmente em superfícies cristalinas e supercondutores, dentro do enfoque unificado mencionado acima. Os problemas a serem investigados e os métodos analíticos e numéricos utilizados são comuns às diversas áreas envolvidas, permitindo assim uma abordagem unificada dos mecanismos físicos envolvidos. Métodos numéricos de simulação por Monte Carlo, dinâmica molecular e dinâmica de Langevin serão utilizados para o estudo dos modelos relevantes. Limitações computacionais importantes, como tempos longos de execução, devido à lenta relaxação dos sistemas, serão superadas utilizando-se processamento paralelo. Dentre os problemas a serem investigados destacam-se: rede de vórtices e flutuações quânticas em supercondutores, atrito cinético em superfícies e nucleação de deslocações em camadas epitaxiais tensionadas. (AU)