Programação

O PPGF/UFMA iniciou oficialmente suas atividades como programa de pós-graduação autorizado pela CAPES em 2005. Passou a ofertar curso de doutorado em 2011 e obteve conceito 5 na CAPES em 2017. Em uma breve apresentação, revisamos o histórico de realizações do PPGF/UFMA de 2005 a 2024, destacando contribuições para a área da FÍSICA na realidade da UFMA e do estado do Maranhão. Destacamos alguns dados do programa expostos na última avaliação quadrienal, descrevendo indicadores de produção, avanços, planejamento estratégico, necessidades e perspectivas futuras.

Hybrid organic-inorganic perovskites (HOIPs) have been recognized as a promising class of functional materials for their energy-harvesting capabilities and optoelectronic properties. Their potential has been explored in a wide range of applications, including solid-state refrigeration, thermal energy storage systems, photovoltaic panels, light-emitting devices, and sensors. Among their most notable features, which include tunable bandgaps, strong light absorption, solution-based fabrication, and low cost, they exhibit large entropy changes associated with extensive order-disorder processes during structural phase transitions near room temperature. These characteristics position HOIPs as strong candidates for next-generation energy and thermal management technologies. To fully exploit their potential, a deep understanding of their structural behavior, including phase transitions, defect dynamics, and stability, is essential. In this presentation, the structural aspects of HOIPs will be examined, with a particular emphasis on Raman spectroscopy as a powerful, non-destructive technique for investigating their vibrational properties, optoelectronic properties and lattice dynamics. Special attention will be given to how Raman analysis can reveal crucial information about crystallinity, order-disorder phenomena, structural phase transitions, and molecular interactions, as well as their correlation with caloric responses and optoelectronic performance. A comprehensive overview will be provided by combining structural insights with functional perspectives, and our most recent findings in the study of these materials will be presented.

The Hubble tension may be alleviated by increasing the number of relativistic species in the early universe. We explore this idea via effective field theory for dark matter produced alongside neutrinos. We derive constraints on the effective energy scale driving this production, considering fermion, vector, and scalar dark matter. Moreover, we observe that relativistic production of dark matter should be governed by Planck scale effective operators in order to alleviate the Hubble tension.

Este estudo investiga como as equações de estado (EoS) nucleares afetam os sinais de ondas gravitacionais emitidos por estrelas de nêutrons. As EoS influenciam propriedades estelares como o raio, a compacidade, a deformabilidade de maré, a frequência do modo fundamental quadrupolar e o tempo de amortecimento desse modo devido à emissão de ondas gravitacionais, indicando que podem ser utilizadas como sondas astrofísicas para impor restrições aos parâmetros da interação nuclear, como as constantes de acoplamento.

Neste minicurso introdutório, apresentaremos a construção de representações geométricas de buracos negros - seus horizontes de evento e singularidades - por meio dos diagramas de Carter-Penrose, uma poderosa ferramenta para visualizar a estrutura causal do espaço-tempo em Relatividade Geral. Abordaremos remoção de singularidades de coordenada, compactificação conforme, coordenadas de Finkelstein e de Kruskal-Szekeres, além da construção dos diagramas para o espaço plano e para o buraco negro de Schwarzschild, discutindo também a existência de buracos brancos e de minhocas. O curso utiliza o mínimo de formalismo matemático e destina-se a estudantes de graduação avançada e de pós-graduação em Física interessados em gravitação e cosmologia.

Self-consistent solutions in Lorentz-violating gravity theories require the simultaneous satisfaction of: (i) the corresponding Einstein field equations, (ii) the matter field equations, and (iii) the Lorentz-violating field equations.  In vacuum states, the dynamics of Lorentz-violating tensor fields may reduce to geometric constraints, potentially precluding entire classes of compact objects. These constraints are crucial for ensuring physical consistency in Lorentz-violating frameworks, as they eliminate metric families incompatible with the anisotropies induced by spontaneous Lorentz symmetry breaking. We investigate the criteria governing the emergence of these geometric constraints and analyze their consequences. Our analysis establishes a consistency framework for evaluating compact objects in these theories, demonstrating that several previously reported solutions in Lorentz-violating gravity models are physically inadmissible.

Este minicurso tem como objetivo capacitar estudantes na utilização de três importantes pacotes do Mathematica aplicados à teoria quântica de campos: FeynRules (para derivação automatizada de regras de Feynman), FeynArts (para geração de diagramas de Feynman) e FeynCalc (para a manipulação simbólica de amplitudes). As aulas combinarão uma introdução teórica com demonstrações práticas, ilustrando o fluxo de trabalho completo desde a definição do modelo até o cálculo de amplitudes.

This work investigates the optical properties of bi-isotropic materials governed by the anomalous Hall current of axion electrodynamics, and surface phenomena, as exemplified by the excitation of surface plasmon polaritons (SPPs). Chiral magnetoelectric media, such as bi-anisotropic materials, are described by extended constitutive relations incorporating magnetoelectric coefficients. Focusing on bi-isotropic matter under the influence of the axion anomalous Hall current term, we derive the dispersion relations and obtain the refractive indices along with the corresponding propagating modes. Circular birefringence emerges, characterized by a rotatory power that can exhibit double sign reversal - an exotic optical signature for chiral dielectrics. Other optical activity effects, such as circular dichroism and Kerr rotation/ellipticity, are also analyzed. Anomalous reflection (reflection coefficient greater than unity), a topical feature in Weyl semimetal systems, is reported and constitutes a probe for optical characterization. Finally, the conditions for the excitation and propagation of SPPs at interfaces involving bi-isotropic media are discussed, with special emphasis on the possible emergence of nonreciprocal surface wave propagation induced by magnetoelectric parameters.

As perovskitas de haleto de baixa dimensionalidade têm atraído grande interesse devido às suas propriedades estruturais e óticas únicas, que as tornam promissoras para aplicações em dispositivos optoeletrônicos, como células solares, LEDs e detectores de radiação. Neste seminário, serão discutidos os principais aspectos estruturais dessas perovskitas, incluindo a estabilidade e a influência de distorções da rede cristalina em suas propriedades eletrônicas e óticas. Serão apresentados resultados experimentais e teóricos relacionados à fotoluminescência, absorção ótica e comportamento sob diferentes condições de pressão e temperatura. A compreensão dessas propriedades fornece informações fundamentais para o desenvolvimento de novos materiais e para o aprimoramento do desempenho de dispositivos baseados em perovskitas de haleto.

Na última década, houve a descoberta de fenômenos intrigantes na spintrônica que resultaram em profundas implicações na física básica. Dentre esses fenômenos, destacamos: i) efeito de transferência de torque de spin [J. Magn. Magn. Mater 320 (7), 1190, 2008]; ii) Descobertas dos efeitos Hall de spin direto (SHE) e inverso (ISHE) [Rev. Mod. Phys. 87, 1213, 2015]; iii) Geração de corrente pura de spin por meio dos efeitos de bombeamento de spin e spin Seebeck [J. Appl. Phys. 97, 10C715, 2005; Nature 455, 778, 2008]; iv) descoberta do efeito Hall anômalo quântico [Phys. Rev. Lett. 101, 146802, 2008]; v) Avanços na spintrônica antiferromagnética [Rev. Mod. Phys. 90, 015005, 2018]; vi) Emergência de fenômenos spintrônicos em materiais quânticos [Focus on Tailoring Spin-Dependent Transport in 2D Materials 2015]. Além disso, a interação entre efeitos magnéticos e topológicos tornou-se um assunto chave na pesquisa em física da matéria condensada e ciências dos materiais, oferecendo grandes oportunidades para explorar fenômenos emergentes na física, como o efeito Hall anômalo quântico, efeito Hall orbital e férmions de Majorana. No entanto, alguns destes efeitos físicos exóticos raramente foram realizados experimentalmente por causa da falta de materiais de trabalho adequados [Sci. Adv. 5, 6, eaaw5685, 2019]. Assim, um dos objetivos principais deste minicurso é mostrar as investigações recentes envolvendo fenômenos spintrônicos que ocorrem em materiais quânticos (tais como isolantes topológicos, semicondutores orgânicos, semimetais de Weyl, grafeno, dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), entre outros), com foco em propriedades impulsionadas por superfícies e interfaces.

Enhancing lithium-ion battery performance and safety is critical for energy storage and EV applications. A key challenge is mitigating cathode-electrolyte reactivity, which affects stability. This study explores the impact of phase coexistence on ionic conductivity. Materials synthesized via solid-state reaction were analyzed using XRD, Raman, SEM, and impedance spectroscopy. Composite materials showed superior conductivity and lower activation energy due to defect formation, offering insights into optimizing battery electrodes.

Neste minicurso, introduziremos a dinâmica de campos térmicos, também conhecida como Thermo Field Dynamics (TFD), e seu papel na incorporação de efeitos térmicos na teoria quântica de campos. Exploraremos como esse formalismo de tempo real, além de descrever a influência da temperatura, possui uma estrutura topológica que permite tratar efeitos de tamanho de forma análoga. Por fim, discutiremos diversas aplicações, destacando a versatilidade dessa abordagem em diferentes contextos físicos.

Neste minicurso introdutório, apresentaremos a construção de representações geométricas de buracos negros - seus horizontes de evento e singularidades - por meio dos diagramas de Carter-Penrose, uma poderosa ferramenta para visualizar a estrutura causal do espaço-tempo em Relatividade Geral. Abordaremos remoção de singularidades de coordenada, compactificação conforme, coordenadas de Finkelstein e de Kruskal-Szekeres, além da construção dos diagramas para o espaço plano e para o buraco negro de Schwarzschild, discutindo também a existência de buracos brancos e de minhocas. O curso utiliza o mínimo de formalismo matemático e destina-se a estudantes de graduação avançada e de pós-graduação em Física interessados em gravitação e cosmologia.

We consider an enlarged $(1+1)$-dimensional model with two real scalar fields, $\phi$ and $\chi$ whose scalar potential $V(\phi,\chi)$ has a standard $\chi^4$ sector and a sine-Gordon one for $\phi$. These fields are coupled through a generalizing function $f(\chi)$ that appears in the scalar potential and controls the nontrivial dynamics of $\phi$. We minimize the effective energy via the implementation of the BPS technique. We then obtain the Bogomol'nyi bound for the energy and the first-order equations whose solutions saturate that bound. We solve these equations for a nontrivial $f(\chi)$. As the result, BPS kinks with internal structures emerge. They exhibit a two-kink profile, i.e., an effect due to geometrical constrictions. We consider the linear stability of these new configurations. In this sense, we study the existence of internal modes that play an important role during the scattering process. We then investigate the kink-antikink collisions, and present the numerical results for the most interesting cases. We also comment about their most relevant features.

Arranjos periódicos bidimensionais de átomos em superfícies curvas (folhas) têm mostrado soluções inesperadas na relação de dispersão para elétrons. O controle na manipulação destas folhas tem levado a aplicações em informação quântica, computação neuromórfica, entre outros. Neste seminário faremos uma viagem pelas aplicações supracitadas e veremos soluções que sugerem comportamentos do tipo-monopolo magnético. Finalizamos com um quadro realista sobre as perspectivas de trabalho nesta área.

Este minicurso tem como objetivo capacitar estudantes na utilização de três importantes pacotes do Mathematica aplicados à teoria quântica de campos: FeynRules (para derivação automatizada de regras de Feynman), FeynArts (para geração de diagramas de Feynman) e FeynCalc (para a manipulação simbólica de amplitudes). As aulas combinarão uma introdução teórica com demonstrações práticas, ilustrando o fluxo de trabalho completo desde a definição do modelo até o cálculo de amplitudes.

Analysing the electron density distribution of pharmaceutical co-crystals provides detailed information on the bonding and non-bonding interactions between molecules, which are crucial for understanding its stability, solubility, and bioavailability properties. Examining how electrons are distributed and how they influence intermolecular interactions is an important step towards the optimization of the physical properties of the cocrystal, leading to better drug design and performance. These applications could lead to more effective and reliable treatments for patients, especially in regions where drug stability is a significant concern due to environmental factors. As a case of application we will discuss the application of the experimental and theoretical electron density distribution analyses for the design of robust combination therapies involving the drug-drug cocrystal of the antifungal prodrug 5-Fluorocytosine and the tuberculostatic drug Isoniazid. This drug-drug cocrystal was design for the treatment of cases of coexistence of invasive fungal infections and tuberculosis, mainly in immunocompromised patients. It shows superior phase stability properties against moisture which is beneficial for storage and transportation in tropical climates, extending in this way its shelf life so it could be considered as a potential candidate for the treatment of concomitant fungal infections, tuberculosis, and cancer. The recognition and manipulation of the supramolecular synthons are the key aspects to successfully design these kinds of solid forms. However, only few cases of drug-drug cocrystals have been reported in the literature because drug-drug cocrystals are considered as fixed-dose combination products, and hence, the active pharmaceutical ingredients involved need to be those which are usually co-administered, also presenting proper dosage. Topological analyses of the charge density of this cocrystal were performed for both experimental and theoretical data (periodic and gas phase calculations), indicating good agreement between experiment and theory. The comparison with gas phase calculations enabled the evaluation of the charge redistribution upon cocrystallization as well as the effect of the intermolecular interactions. In this manner, it was possible to evaluate the variations in bond distances and electron density at the bonds involved in the intermolecular heterosynthon. Through the analysis of the laplacian of the electron density it was also possible to have insights on the charge redistribution when both molecules crystallize together. Electrostatic potential maps calculations will also be discussed. HAR partition model for 5FC:INH were also calculated using ORCA 5.0, at the M062-X/def2-TZVP level of theory, assuming two asymmetric units in the refinement as means to take into account the F...F and F...H contacts.

Na última década, houve a descoberta de fenômenos intrigantes na spintrônica que resultaram em profundas implicações na física básica. Dentre esses fenômenos, destacamos: i) efeito de transferência de torque de spin [J. Magn. Magn. Mater 320 (7), 1190, 2008]; ii) Descobertas dos efeitos Hall de spin direto (SHE) e inverso (ISHE) [Rev. Mod. Phys. 87, 1213, 2015]; iii) Geração de corrente pura de spin por meio dos efeitos de bombeamento de spin e spin Seebeck [J. Appl. Phys. 97, 10C715, 2005; Nature 455, 778, 2008]; iv) descoberta do efeito Hall anômalo quântico [Phys. Rev. Lett. 101, 146802, 2008]; v) Avanços na spintrônica antiferromagnética [Rev. Mod. Phys. 90, 015005, 2018]; vi) Emergência de fenômenos spintrônicos em materiais quânticos [Focus on Tailoring Spin-Dependent Transport in 2D Materials 2015]. Além disso, a interação entre efeitos magnéticos e topológicos tornou-se um assunto chave na pesquisa em física da matéria condensada e ciências dos materiais, oferecendo grandes oportunidades para explorar fenômenos emergentes na física, como o efeito Hall anômalo quântico, efeito Hall orbital e férmions de Majorana. No entanto, alguns destes efeitos físicos exóticos raramente foram realizados experimentalmente por causa da falta de materiais de trabalho adequados [Sci. Adv. 5, 6, eaaw5685, 2019]. Assim, um dos objetivos principais deste minicurso é mostrar as investigações recentes envolvendo fenômenos spintrônicos que ocorrem em materiais quânticos (tais como isolantes topológicos, semicondutores orgânicos, semimetais de Weyl, grafeno, dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), entre outros), com foco em propriedades impulsionadas por superfícies e interfaces.

Neste trabalho, analisamos a seção de choque de fotoionização de um elétron confinado em um ponto quântico, considerando a variação da massa efetiva com a posição, controlada pelo parâmetro $\gamma$. Utilizamos um modelo baseado na equação de Schrödinger, onde a influência de $\gamma$ se manifesta por meio de um potencial efetivo derivado do oscilador harmônico. Mostramos que mesmo pequenas variações em $\gamma$ afetam significativamente a amplitude e a posição do pico da seção de choque. Em certos regimes, observamos uma inversão no comportamento da amplitude durante a absorção do fóton. Além disso, as transições ópticas envolvendo o estado fundamental impõem uma restrição: apenas valores de $\gamma \leq 0$ são permitidos. Esses resultados oferecem novas perspectivas para o controle de propriedades optoeletrônicas em pontos quânticos com massa efetiva ajustável. 

The perturbative non-renormalizability of General Relativity as a quantum field theory is often taken as a signal that quantum mechanics and gravity are incompatible. On the one hand, all the other fundamental interactions are described by perturbatively renormalizable quantum field theory. On the other hand, perturbative renormalizability, despite its tremendous success in selecting theories as a technical requirement, is neither necessary nor sufficient to ensure that a quantum field theory is valid across all energy scales. One possibility to generalize the notion of renormalizability beyond the perturbative regime is to search for theories that feature a renormalization-group fixed point, very much like the free fixed point of QCD. In this talk, I will present some ideas that have been developed over the past years in order to probe whether quantum gravity (coupled to matter) can belong to such a class of theories which are said to be asymptotically safe and evidence for the realization of this scenario, conjectured by Weinberg in the late 70's.

Neste minicurso, introduziremos a dinâmica de campos térmicos, também conhecida como Thermo Field Dynamics (TFD), e seu papel na incorporação de efeitos térmicos na teoria quântica de campos. Exploraremos como esse formalismo de tempo real, além de descrever a influência da temperatura, possui uma estrutura topológica que permite tratar efeitos de tamanho de forma análoga. Por fim, discutiremos diversas aplicações, destacando a versatilidade dessa abordagem em diferentes contextos físicos.

The arrival time of electromagnetic signals traveling in chiral cosmic media is investigated in the context of axion electrodynamics. Considering that the interstellar medium (ISM) is described by a cold, ionized, chiral plasma, we derive the time delay between two traveling signals, expressed in terms of a modified dispersion measure (DM) which receives additional contribution from the chiral parameters. Faraday rotation angle is also considered in this chiral plasma scenario, yielding modified rotation measures (RM). Using DMs data from five pulsars, we establish constraints on the chiral parameter magnitude at the order of $10^{-23}$-$10^{-22}$ GeV. On the other hand, the Faraday rotation retrieved from RM measurements implied upper constraints as tight as $10^{-36}$ GeV. By applying the obtained RM limits, we estimated that the axion-photon coupling magnitude is restrained to the level of 1 part in $10^{17}$ GeV^{-1}.

Hybrid metal halide perovskites and structurally related compounds have emerged as highly versatile materials due to their exceptional and tunable optoelectronic properties, making them promising candidates for diverse applications in photovoltaics, LEDs, photodetectors, and other advanced optoelectronic devices. These properties typically originate from complex interactions at the atomic and molecular scales, including electron-phonon coupling, structural instabilities, and phase transitions induced by external stimuli such as temperature, pressure, or chemical substitution. This presentation provides an overview of recent studies on several classes of novel perovskite materials, including one-dimensional hybrid halide perovskites, two-dimensional perovskite-like layered compounds, and vacancy-ordered double perovskites. Particular attention will be paid to understanding the interplay between structure, lattice dynamics, and optoelectronic behavior. Analytical methodologies employed in these studies, including temperature- and pressure-dependent synchrotron X-ray diffraction, Raman spectroscopy, and photoluminescence analysis, have proven effective in evidencing critical structural and electronic phenomena. Such techniques contribute to the understanding of the microscopic mechanisms driving the optoelectronic functionalities of these novel materials.