O avanço da civilização traz continuamente o surgimento de novas demandas para atender a sociedade, com o desafio extra de produzir materiais que aliam características de interesse: produção sustentável, multifuncionalidade, e atuação sinérgica com outros sistemas. Porém, a verificação de propriedades de materiais naturais e/ou sintéticos quase sempre prescindem de conhecimento da sua estrutura atômica. Pelo lado da ciência fundamental, pesquisas que envolvem conhecimento da estrutura atômica trazem subsídios para o entendimento do comportamento da natureza. Do ponto de vista tecnológico, o conhecimento da estrutura de um sólido permite prever, aprimorar e projetar propriedades de materiais com as mais variadas aplicações. Uma das formas mais bem-sucedidas de buscar conhecimento sobre estrutura atômica de materiais é a difração de raios X. Como exemplo, a difração de raios X é utilizada quando se pretende fazer estudos para se entender a influência de dopantes nas propriedades dos materiais, a influência da natureza química de certos átomos nas propriedades de um material e também, na determinação do arranjo estrutural de objetos nanoscópicos. Nesse minicurso serão discutidos aspectos práticos relacionados à técnica de difração de raios X por monocristais e policristais e sua aplicação no entendimento de propriedades de redes metalorgânicas porosas (MOFs).

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Prof. Carlos Basílio Pinheiro : http://lattes.cnpq.br/9481262314079347

Dr. Maximiliano Zapata : http://lattes.cnpq.br/1158815479462999

Nas últimas décadas, materiais de baixas dimensionalidades, tais como materiais 2D, 1D e outras nanoestruturas, despertaram grande interesse científico e tecnológico por apresentarem propriedades físicas singulares, principalmente as relacionadas às suas estruturas eletrônicas. Apesar de aplicações de materiais como grafeno, dicalcogenetos de metais de transição (TMD’s), nanotubos, nanorods, quantum dots e nanofitas, por exemplo, já serem uma realidade, ainda estamos longe de explorar todas as suas potencialidades. Tanto para uma investigação puramente científica, como para o desenvolvimento de novas tecnologias, seja no estudo das propriedades intrínsecas ou da manipulação de suas propriedades, é necessário o desenvolvimento de materiais de alta qualidade. Assim, o avanço científico e tecnológico em novos materiais, ou estruturas, somente é possível se acompanhado do desenvolvimento das técnicas de síntese. Portanto, o estudo sobre o crescimento de materiais, principalmente de nanoestruturas, nanomateriais e suas combinações, tais como heteroestruturas verticais e horizontais, é de extrema importância e, por isso, é um tema que vem sendo muito explorado no meio acadêmico e em indústrias tecnológicas. Neste curso serão apresentadas algumas técnicas de crescimento de materiais, como elas podem ser aplicadas à síntese de nanoestruturas complexas, discutiremos técnicas de caracterizações das nanoestruturas e algumas das suas aplicações com dispositivos. O estudo será baseado tanto na abordagem de laboratório (procedimentos experimentais, principais parâmetros de controle e princípios de operação), quanto em conceitos teóricos básicos, que nos possibilitam entender os processos envolvidos nas sínteses e aplicações de diversos tipos de estruturas. Também iremos apresentar trabalhos em parcerias com empresas que estamos desenvolvendo em nosso grupo de pesquisa.

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Prof. Rodrigo Gribel: http://lattes.cnpq.br/9333015140693096

Prof. Leonardo Campos: http://lattes.cnpq.br/8451325762846151

Prof. Myriano Oliveira Jr.: http://lattes.cnpq.br/0509626714446949

O Efeito Raman consiste no espalhamento inelástico de luz, onde o fóton incidente perde ou ganha energia para o material no processo de espalhamento. As diferenças de energia entre luz incidente e espalhada estão relacionadas às propriedades vibracionais de cada material. O aumento na energia vibracional do material leva a uma redução na energia do fóton espalhado (processo Stokes) enquanto que uma redução na energia vibracional do material leva a um aumento na energia do fóton espalhado (processo anti-Stokes). Assim, a espectroscopia Raman permite-nos obter o espectro vibracional de diferentes tipos de materiais, sólidos, líquidos ou gasosos a partir do espalhamento de luz. Neste minicurso serão apresentados aspectos teóricos fundamentais, instrumentação e diferentes aplicações da espectroscopia Raman. Entre as aplicações serão apresentados resultados em nanomateriais de carbono, semicondutores bidimensionais, minerais, materiais orgânicos e materiais biológicos. Serão apresentados também métodos de intensificação de sinal tais como o espalhamento Raman ressonante (RRS) e o espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS). No RRS o sinal do espalhamento é intensificado quando o fóton incidente ou espalhado conecta estados eletrônicos do material. Neste caso, além do espectro vibracional a técnica permite obter simultaneamente informações sobre estrutura eletrônica e éxcitons no material. No SERS, o material analisado é depositado em um substrato metálico nanoestruturado e, devido às ressonâncias de plasmon do metal, o campo elétrico é intensificado localmente próximo ao material a ser analisado, aumentando assim o sinal Raman em várias ordens de grandeza. O efeito SERS é muito utilizado no estudo de moléculas orgânicas e biomoléculas.

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Profa. Ariete Righi : http://lattes.cnpq.br/9523087479617594

Prof. Cristiano Fantini: http://lattes.cnpq.br/1966638146185479

O modelo padrão (MP) da Física das partículas elementares descreve com bastante sucesso quase toda a fenomenologia das interações fortes, eletromagnéticas e fracas. Entretanto, há algumas questões fundamentais, teóricas e experimentais, não respondidas satisfatoriamente no contexto do MP. Entre as evidências experimentais podemos mencionar os sólidos dados de oscilação de neutrinos solares e atmosféricos que apontam para neutrinos com massa; as curvas das galáxias espirais e os dados do da radiação cósmica de fundo, CMB, que sugerem independentemente a existência de um tipo de matéria que é nem luminosa e nem bariônica, chamada matéria escura (DM). Questões teóricas importantes também podem ser mencionadas. Por exemplo, o chamado problema CP forte, o qual está relacionado com a quebra das simetrias discretas CP e P nas interações fortes e a assimetria entre matéria e antimatéria observada no Universo. Todos estes problemas requerem uma nova Física além do MP.

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Prof. Bruce L. Sanchéz-Vega : http://lattes.cnpq.br/5501765043823151

Neste curso farei uma breve introdução à informação quântica e discutirei alguns exemplos de experimentos com fótons correlacionados realizados na UFMG, onde alguns protocolos de informação quântica foram demonstrados experimentalmente. No curso serão abordados os seguintes tópicos.

• Fótons, Conversão paramétrica descendente, detecção de fótons, qubits e qudits.

• Caracterização dos estados de qubits e qutrits: Medida de emaranhamento, Tomografia quântica

• Simulação quântica, operações quântica e circuitos fotônicos.

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Prof. Sebastião de Pádua: https://lattes.cnpq.br/2360257969737352

Neste curso discutirei várias propostas teóricas e experimentos envolvendo o conceito de interferência quântica, com destaque para trabalhos produzidos na UFMG. Falarei sobre interferência quântica de elétrons, moléculas, fótons e pares de fótons emaranhados. Discutiremos o experimento de escolha atrasada, o apagador quântico e esquemas de medição “sem interação”. Apresentarei a proposta de interferência quântica de força e discutiremos experimentos com imagens quânticas. Tendo como base os efeitos de interferência quântica acima citados, exploraremos vários aspectos fundamentais da física quântica ao longo do curso.

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Prof. Pablo Saldanha : http://lattes.cnpq.br/8040936966256967

Nesse minicurso iremos mostrar o como obter uma imagem 3D de objetos de fase no microscópio óptico usando campo claro e imagens desfocalizadas. Faremos uma apresentação dessa técnica que chamamos microscopia de desfocalização. Numa primeira aula mostraremos os fundamentos da técnica e como obter resultados quantitativos a partir do contraste de imagens. Na segunda aula os alunos utilizarão o conhecimento apresentado para, a partir do roteiro abaixo e de imagens desfocalizadas de uma hemácia, obter a espessura da célula.

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Profa. Lívia Siman: http://lattes.cnpq.br/8724116061736686

Prof. Ubirajara Agero: http://lattes.cnpq.br/8986506675081636

A microscopia começou a surgiu na idade média quando naturalistas e estudiosos começaram a compor instrumentos com mais de uma lente nos extremos de tubos. Mas somente em torno dos séculos XVI e XVII, tem-se o registro dos primeiros microscópios com nomes como Galileu Galilei, Zacharias Janssen, Hans Lipperhey e Anton van Leewenhoek e posteriormente Robert Hooke. Na primeira metade do século XX, foram criados os microscópios eletrônicos por Ernst Ruska, Max Knoll e Von Ardenne. Já na segunda metade do século XX foram criados diversos microscópios de ponta de prova inicialmente por Gerd Binnig e Heinrich Rohrer, microscopias de campo próximo e mais recentemente as microscopias de fluorescência super-resolvidas e microscopias ultra rápidas. Será apresentado um breve panorama destas microscopias com ênfase na microscopia eletrônica, onde serão mostrados exemplos, onde além do aspecto morfológico também é possível acessar informação referente aos elementos químicos presentes na amostra e determinar sua estrutura cristalográfica, isto é, como os átomos estão organizados. O estado da arte em microscopia implica em um verdadeiro micro ou nanolaboratório onde é possível fazer experimentos in-situ dentro dos microscópios. Aspectos atuais envolvendo hypercubos de dados, análises estatísticas como principal component analysis e outros aspectos de tratamento de imagens e dados também serão brevemente introduzidos.

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Profa. Karla Lívia Balzuweit: http://lattes.cnpq.br/2518489160711243

No final do século passado, a Nanoscopia encantou o mundo com as primeiras imagens com resolução atômica de um monocristal de silício. Pela primeira vez, observava-se átomos no espaço real. Desde então, as diversas técnicas que compõem a família Nanoscopia vêm sendo utilizadas numa ampla variedade de disciplinas. Na verdade, o nome técnico mais usado para Nanoscopia é Microscopia de Varredura por Sonda, ou SPM, do inglês Scanning Probe Microscopy. Praticamente todas as áreas de Ciências Naturais(incluindo Física, Química e Ciências da Vida) têm sido beneficiadas com o acesso a informações importantes do mundo nano – da visualização e manipulação de átomos e moléculas à caracterização elétrica e magnética com altíssima resolução.

Este minicurso pretende fazer uma introdução às principais técnicas que compõem a família SPM. Assim, na primeira aula, será descrito o princípio básico da Microscopia de Varredura por Sonda e diversas técnicas componentes da família SPM serão apresentadas, explicando-se o seu funcionamento e indicando-se suas possíveis aplicações.

Na segunda aula, será dada uma atenção maior às aplicações em Nanociências e Nanotecnologia desenvolvidas no Laboratório de Nanoscopia da UFMG utilizando, principalmente, as técnicas de SPM. Serão apresentados alguns estudos nas áreas de Caracterização e Nanomanipulação de Materiais Bidimensionais (2D) e Unidimensionais (1D) e Self-Assembly (Auto-Montagem) de sistemas orgânicos. Especificamente, serão ilustradas algumas pesquisas experimentais envolvendo manipulação eletromecânica de nanotubos de carbono, grafeno e outros materiais 2D e a funcionalização de diferentes materiais 2D por monocamadas auto-montadas. Serão apresentados também alguns processos de modificação eletroquímica de materiais, que permitem o desenvolvimento de nano-sensores de gases e produção controlada de nanopartículas metálicas.

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Profa. Bernardo Ruegger : http://lattes.cnpq.br/0648137436207537

Este curso aborda tópicos avançados em espectroscopia Raman e suas aplicações. A primeira aula será dedicada à técnica de espectroscopia Raman amplificada por sonda (TERS, do inglês “tip-enhanced Raman spectroscopy”), que possibilita a realização de imagens espectroscópicas com resolução nanométrica (nano-Raman), vencendo assim o limite de resolução da microscopia óptica, imposto pelo fenômeno de difração da luz. Suas aplicações em nanometrologia, especialmente de grafeno, serão discutidos. A segunda aula será dedicada aos fenômonos de óptica não linear, incluindo técnicas como CARS (do inglês, “coherent anti-Stokes Raman spectroscopy”) e SRS (do inglês, “stimulated Raman spectroscopy”), dentre outras. Neste tema, o uso de lasers pulsados permite acessar os fenômenos não lineares, possibilitando o imageamento de micro- e nanoestruturas em alta velocidade. Suas aplicações em nanotecnologia e biomedicina serão abordadas. Por fim, a terceira aula será dedicada aos fenômenos de correlação quântica observadas no espalhamento Raman. Em especial, será abordada a geração de pares de fótons correlacionados nos processos de espalhamento Stokes (criação de um fônon) e anti-Stokes (aniquilação de um fônon) gerados por um único fônon (quantum de vibração da rede). Suas aplicações em óptica quântica serão discutidos. As três aulas serão ministradas, a primeira pelo Prof. Luiz Gustavo Cançado, a segunda pelo Prof. Leandro Malard Moreira, e a última pelo Prof. Ado Jorio, coordenadores do Laboratório de Nanoespectroscopia (LabNS), do Departamento de Física da UFMG.

Aula 1 - Nano-Raman e suas aplicações em nanometrologia - Prof. Luiz Gustavo Cançado

Aula 2 - Óptica não linear e suas aplicações em nanotecnologia e biomedicina - Prof. Leandro Malard

Aula 3 - Raman correlacionado e suas aplicações em óptica quântica - Prof. Ado Jório

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Prof. Ado Jório : http://lattes.cnpq.br/0034894070455412

Prof. Leandro Malard: http://lattes.cnpq.br/4670907354729674

Prof. Luis Gustavo Cançado: http://lattes.cnpq.br/3576569061976864

Neste curso estudaremos de maneira resumida o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade e as aproximações necessárias para tornar este formalismo aplicável a sistemas de muitos corpos (moléculas, materiais bidimensionais, cristais, etc). O foco principal do curso está nas propriedades que podemos obter usando este formalismo e suas aplicações em sistemas biológicos. Em particular, estudos de DNA e DNAs modificados.

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Profa. Simone Silva Alexandre : http://lattes.cnpq.br/9883014782075093