Controlando a Luz na Nanoescala: Polaritons em Materiais Naturais Bidimensionais

O confinamento e a manipulação da luz na nanoescala representam um dos principais desafios da nanofotônica moderna. Nesse contexto, polaritons que são quasipartículas híbridas resultantes do acoplamento entre luz e excitações coletivas da matéria, têm emergido como uma plataforma promissora para o controle de campos eletromagnéticos em dimensões profundamente subdifrativas.

Nesta palestra, serão apresentados estudos recentes envolvendo polaritons em materiais bidimensionais naturais e heteroestruturas de van der Waals investigados por técnicas avançadas de nanoespectroscopia no infravermelho utilizando radiação síncrotron. Em particular, serão discutidos resultados sobre o mineral natural talco, que apresenta modos hiperbólicos de fônon-polaritons no infravermelho médio e distante, permitindo forte confinamento da luz e propagação polaritônica altamente controlada. Também serão apresentados resultados envolvendo heteroestruturas de grafeno bicamada torcida sobre talco, nas quais observamos modos híbridos plasmon–fônon-polaritônicos ultraconfinados e efeitos associados a super-redes de moiré diretamente imageados, evidenciando o potencial desses sistemas para aplicações futuras em nanofotônica, optoeletrônica e controle da luz em escalas nanométricas.

O Programa de Pós-Graduação em Física (PG/FIS) do Instituto Tecnológico de Aeronáutica oferece formação em nível de Mestrado e Doutorado. Seu objetivo central é capacitar pesquisadores para a academia, setor privado e de defesa aeroespacial. Para tanto, a infraestrutura do PG/FIS apoia-se em laboratórios e centros situados no campus do DCTA. O corpo docente é composto por pesquisadores de destaque e bolsistas de produtividade científica. No campo científico, as atividades de pesquisa estruturam-se em torno de quatro grandes áreas de concentração: Dinâmica Não Linear e Sistemas Complexos, Física Atômica e Molecular, Física de Plasmas e Física Nuclear. Como pilar estratégico, a internacionalização é viabilizada por meio de redes de colaboração global e estágios de pesquisa no exterior. Estimula-se também a integração da comunidade acadêmica por meio de seminários e encontros científicos, a exemplo do EFITA. 

Homeostase em Redes de Entrada-Saída: Estrutura, Classificação e Aplicações

Homeostase ocorre em um sistema biológico ou bioquímico quando alguma variável de saída permanece aproximadamente constante, quando alguns parâmetros de entrada variam em algum intervalo. Recentemente, Golubitsky e Stewart [Homeostasis, Singularities and Networks. J. Math. Biol. 74 (2017) 387-407] introduziram a noção de ‘homeostase infinitesimal’ permitindo o uso da diferenciação implícita e da teoria de singularidades para estudar homeostase em sistemas de equações diferenciais ordinárias (EDOs). Em geral, as EDOs que aparecem nas ciências da vida são codificados por ‘redes de EDOS’. Os nós (vértices) correspondem às variáveis ​​de estado do sistema e as setas (arestas direcionadas) indicam quais nós estão acoplados a outros nós. O que distingue uma ‘rede de EDOs’ de um sistema de equações diferenciais genérico é a capacidade de rastrear a saída de cada nó individualmente. Assim, a homeostase infinitesimal está relacionada à ocorrência de ‘singularidades’ em nós individuais. Nesta palestra explicaremos uma nova abordagem para o estudo da estrutura combinatória e classificação da homeostase em ‘redes de entrada-saída’, ou seja, redes de EDOs nas quais é possível rastrear a saída de um nó fixo, bem como o(s) nó(s) que dependem de parâmetros de entrada externos.

Trabalho em colaboração com Martin Golubitsky (Ohio), Ian Stewart (Warwick), Michale C. Reed (Duke), H. Frederick Nijhout (Duke), Janet Best (Ohio), Jiaxin Jin (Louisiana), William Duncan (Simulations Plus), Zhengyuan Huang (Michigan), Yangyang Wang (Brandeis) e João Luiz de Oliveira Madeira (Bath).

Física Além da Sala de Aula: Pesquisa, Tecnologia e Empresa

A trajetória profissional em ciência e tecnologia costuma ser apresentada como uma escolha entre universidade e mercado. Entretanto, academia e empresa possuem dinâmicas, objetivos e critérios de reconhecimento distintos, mas ao mesmo tempo profundamente complementares. Na Física de Plasmas, essa complementaridade torna-se particularmente evidente. Conceitos fundamentais relacionados a descargas elétricas, plasmas térmicos e não térmicos, interação plasma-materiais, corrosão e deposição a plasma, entre outros, têm impulsionado o desenvolvimento de tecnologias e empreendimentos de alto impacto na sociedade moderna. Esses avanços encontram aplicações estratégicas em setores como novos materiais, energia, propulsão, micro e nanoeletrônica, sistemas aeroespaciais e diversas áreas industriais de alta tecnologia.

A partir dessa perspectiva, a palestra discutirá as diferenças entre a lógica da produção científica e a lógica da inovação tecnológica e empresarial, destacando os fatores que influenciam a progressão profissional em cada contexto. Enquanto o ambiente acadêmico valoriza a produção científica, a formação de recursos humanos e a consolidação conceitual, o setor empresarial demanda viabilidade econômica, gestão eficiente, capacidade de fabricação, confiabilidade operacional, resposta a necessidades reais e geração de valor.

Nesse contexto, será mostrado como a formação em física pode sustentar trajetórias amplas em ciência, tecnologia e empreendedorismo, promovendo impactos diretos tanto na formação de estudantes quanto no fortalecimento da indústria nacional.

Desvendando o Invisível: Como a Física Revela os Segredos dos Bens Culturais

Técnicas analíticas de análise de materiais envolvem processos de interação da radiação com a matéria desde a faixa do infravermelho até os raios X. E é com este conhecimento que a ciências exatas interage com a ciência humana para entender os objetos arqueológicos, paleontológicos e históricos culturais e permite correlacionar os materiais com as culturas produtoras, com os processos de fossilização em com a produção artística e a sua época ampliando as discussões sobre materialidade e história. Esse tipo de estudos técnicos-científicos tem permitido que o laboratório de Arqueometria e Ciência Aplicadas ao Patrimônio Cultural do Instituto de Física da USP (LACAPC/IFUSP), nos últimos 20 anos, tenha trabalhado em parceria com os museus de São Paulo para estudar os materiais dos objetos bem como no caso de objetos de arte entender os métodos usados pelo artista originalmente no seu processo criativo. As técnicas não invasivas permitem entender o objeto, sua produção e o seu estado de conservação, “enxergar” suas camadas ocultas. E é nesta interface interdisciplinar que os estudos sistemáticos entre as áreas ajudam a preservar o patrimônio cultural exigindo tanto o histórico quanto a inovação científica tecnológica.

Do Espaço-Tempo aos Detectores: Como Observamos Ondas Gravitacionais

As ondas gravitacionais, previstas por Einstein há mais de um século, abriram uma nova forma de observar o Universo. Nesta palestra, será apresentada uma introdução aos conceitos fundamentais das ondas gravitacionais, às características dos sinais produzidos por diferentes fontes astrofísicas e aos princípios básicos de funcionamento de detectores interferométricos, como o LIGO, utilizados para observá-las.

Serão apresentados exemplos de como esses dados se apresentam, como sinais de ondas gravitacionais são usualmente detectados e de que forma fatores instrumentais e ambientais representam alguns dos principais desafios associados à sua identificação. Também serão abordados aspectos da operação dos observatórios e do dia a dia de pesquisadores que atuam na colaboração LIGO durante as corridas observacionais.

Medição Quântica e Perda de Informação: Do Qubit ao Buraco-Negro

A medição é um dos conceitos mais fundamentais e ao mesmo tempo mais misteriosos da mecânica quântica. Nesta apresentação introduziremos o formalismo da medição quântica a partir do exemplo mais simples possível: um único qubit interagindo com um instrumento de medida.
Inicialmente discutiremos a decomposição do Hamiltoniano total em sistema, aparelho e interação, mostrando como o entrelaçamento entre qubit e instrumento leva ao surgimento dos resultados observáveis. Em seguida analisaremos o papel da decoerência, interpretando-a como um processo no qual o ambiente adquire informação sobre o estado do sistema. Sob essa perspectiva, o ambiente passa a atuar como um observador distribuído, promovendo a perda das coerências quânticas sem a necessidade de uma medição explícita.
Por fim, exploraremos uma analogia entre a decoerência em computadores quânticos e a física dos horizontes causais em relatividade geral. Assim como graus de liberdade do ambiente tornam-se inacessíveis ao observador local durante um processo de medição, horizontes de eventos ocultam parte da informação do espaço-tempo. Essa conexão sugere uma interpretação unificada baseada em informação, observadores e acessibilidade causal, aproximando conceitos da computação quântica, teoria quântica da medição e gravitação.