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Allan Szu, 11 Apr 2012 14:24

Projetos Cadastrados

Biologia

Biofísica

Ciência da Computação

Detecção de Eventos por Mineração de Dados Paralelizada em Fluxos de Rede IPFIX

Descrição do Projeto

Este projeto apresenta a proposta de desenvolvimento e consolidação de um sistema de detecção e correlação de eventos relacionados à segurança de redes de computadores. O sistema, já prototipado por nossa equipe e em produção, possui como estrutura de base a utilização do protocolo IPFIX (IP Flow Information Export) como exportador de informações sumarizadas de uma rede de computadores. O projeto prevê quatro núcleos principais: 1.) O desenvolvimento de um protocolo baseado no processo de !NetFlow (formalizado pela IETF - Internet Engineering Task Force como sendo o protocolo IPFIX no RFC-5101) e que acrescente melhorias na sumarização das informações prestadas, consumindo menor espaço de armazenamento; 2.) A implementação de um modelo de armazenamento do novo protocolo em um banco de dados distribuído; 3.) A utilização de prospecção de dados, tais como técnicas de mineração de dados associativas, classificatórias, previsivas ou de agrupamento para detecção, correlação, classificação; e 4.) Previsão de eventos de segurança em redes de computadores. A arquitetura do sistema é baseada em clusters que visam paralelizar tarefas tanto para o armazenamento dos dados quanto para sua prospecção, objetivando maximizar o desempenho computacional. Este modelo de sistema mostra-se pioneiro na análise através da mineração de fluxos de dados, empreendendo características importantes aos sistemas de segurança computacional, tais como a escalabilidade no monitoramento de infra-estruturas de redes de alta velocidade, detecção rápida de tentativas de atividades ilícitas (tais como a propagação de worms ou estabelecimento de botnets), detecção ou previsão de ataques de negativa de serviço (!DoS), entre outros considerados as maiores ameaças atuais na Internet. Como subproduto é importante citar que este sistema pode ser usado para fornecer proteção à própria estrutura do !GridUNESP, uma vez que sensores podem ser implantados em elementos estratégicos da grade, de tal forma a coletar e analisar os seus dados de fluxos, permitindo a detecção rápida de eventos e a adoção de contramedidas.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Adriano Mauro Cansian IBILCE
Adriano César Ribeiro IBILCE
André Proto IBILCE
Luiz Heitor Waiteman IBILCE
Isabela Liane de Oliveira IBILCE
Jorge Luiz Corrêa IBILCE
Leandro Arabi Alexandre IBILCE
Maira Lambort Batista IBILCE

Implementação e Otimização de Algoritmos de Alinhamentos Múltiplos de Sequências em Ambientes “Grid”

Descrição do Projeto

A solução de problemas genômicos propostos pelos biólogos, tornou-se inviável sem o uso de ferramentas computacionais, o que desenvolveu, de maneira intensa, o campo da Bioinformática, aproximando cientistas da computação e biólogos. Inicialmente, era possível resolver os problemas de Bioinformática através do uso de máquinas sequenciais, pois apenas uma pequena parcela dos problemas genômicos era tratada, conhecida e explorada pelos biológos. A evolução da complexidade desses problemas fez com que o uso de computação sequencial não fosse mais suficiente para resolvê-los, criando um uso massivo da computação paralela na criação das novas ferramentas e algoritmos em Bioinformática. A partir disso, adotou-se a idéia da resolução de grandes problemas, através de sua execução em máquinas paralelas de vários portes. No entanto, isso possui duas vertentes, uma delas compromete a execução caso a máquina paralela não seja suficientemente poderosa para tratar o problema. Por outro lado, quando a máquina é poderosa o suficiente, em geral, está acessível para uma pequena parcela de pesquisadores e o custo para a sua construção é elevado. Assim, o presente projeto propõe a idéia de implementação de algoritmos de alinhamento múltiplo de biossequências em “Grids”, para aumentar significativamente a capacidade de processamento e armazenamento na resolução desses problemas, explorando custo financeiro menor do “Grid”, visto que ele pode ser composto de equipamentos heterogêneos e distribuído por uma rede de comunicação utilizada mundialmente, que é a internet.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
José Márcio Machado Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas
Geraldo Francisco Donegá Zafalon Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas
Liria Matsumoto Sato Poli - USP
Angelo Passaro IEAv - CTA
Mario Luiz Tronco Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas

Métodos Analíticos e Numéricos em Mecânica Computacional

Descrição do Projeto

Mecânica computacional é a disciplina relacionada com o uso de métodos computacionais para estudar fenômenos governados pelos princípios da mecânica.

A mecânica computacional (CM – computational mechanics) é interdisciplinar. Seus três pilares são: matemática, ciência computacional e mecânica. Dinâmica de fluidos computacional, termodinâmica computacional, eletromagnetismo computacional e mecânica dos sólidos computacional são algumas das muitas especializações existentes.

A matemática leva à modelagem de fenômenos físicos dos processos encontrados na mecânica, em termos de equações, geralmente, diferenciais parciais, muitas vezes, não lineares. Na ciência computacional, códigos computacionais são desenvolvidos para resolver as equações diferenciais parciais por alguma técnica computacional: analítica e/ou numérica. Na maioria dos casos, devido às complexidades das equações e das geometrias, técnicas numéricas tais como método de diferenças finitas e métodos de elementos finitos são empregadas para se obter simulações dos processos a serem estudados.

O uso de técnicas numéricas, em geral, permite transformar sistemas de equações diferencias parciais em grandes sistemas algébricos, os quais requerem para rápida solução o uso de recursos computacionais de elevada capacidade de processamento. Isto remete ao uso de processamento paralelo para redução dos tempos computacionais.

Neste projeto, estão envolvidos pesquisadores das áreas de Engenharia Mecânica, Engenharia Civil, Física e Matemática. Os problemas envolvem simulações de processos fluido-térmicos, problemas em mecânica dos sólidos, ciências dos materiais e matemática aplicada. Os problemas não requerem tanta capacidade de armazenamento como na física de altas energias, mas requerem, por exemplo, como no caso de simulações em dinâmica dos fluidos computacional para escoamentos turbulentos, grande capacidade de processamento. Problemas de interação fluido estrutura, que podem existir tanto em engenharia mecânica ou civil, são também casos que requerem alta capacidade de processamento.

Até o presente momento, o grupo tem usado recursos computacionais limitados, obviamente, limitando o tamanho e complexidade dos problemas que poderiam ser analisados. Desta forma, o uso dos recursos computacionais do GridUnesp possibilitará abordar problemas muito maiores do que os que têm sido estudados e obter respostas dentro de tempos inferiores aos atualmente praticados. Isto possibilitará avanços nas pesquisas que vem sendo realizadas as quais estavam limitadas pelos recursos computacionais de que se dispunham.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
João Batista Aparecido Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Amarildo Tabone Paschoalini Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
André Luiz Seixlack Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Antonio João Diniz Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Aristeu da Silveira Neto Universidade Federal de Uberlândia
Cassio Roberto Macedo Maia Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Edison Righetto Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Edson Del Rio Vieira Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Emanuel Rocha Woiski Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Haroldo de Mayo Bernardes Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Homero Ghioti da Silva Universidade Federal de Uberlândia
João Antonio Pereira Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
João Batista Campos Silva Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
José Luiz Gasche Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Luiz Carlos Facundo Sanches Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Luiz Felipe Mendes de Moura Unicamp
Marco Donisete de Campos Universidade Federal de Mato Grosso
Mônica Pinto Barbosa Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Odacir Almeida Neves Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Ricardo Alan Verdú Ramos Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Sérgio Said Mansur Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Vanessa Davanço Pereira Faculdades de Campinas

Ciência dos Materiais

Dinâmica de Vórtices em Supercondutores

Descrição do Projeto

O estudo do comportamento dinâmico de redes de vórtices em supercondutores do tipo II tem sido objeto de estudo tanto do ponto de vista teórico como experimental. Quando a rede é colocada em movimento pela aplicação de uma corrente de transporte numa amostra com centros de pinning que podem aprisionar os vórtices, o movimento fica complexo e uma solução analítica do problema não é possível. A corrente máxima que um supercondutor pode suportar antes de termos dissipação, é chamada de densidade de corrente crítica. Um dos objetivos em supercondutores de alta temperatura crítica (HTSC) é aumentar essa corrente crítica, para que o uso em aplicações praticas seja viável. O pinning de vórtices é o mecanismo usualmente utilizado para aumentar a corrente crítica. Tem havido consideráveis esforços para melhorar os mecanismos de pinning em HTSC. Isso pode ser feito criando defeitos estruturais através de diversos tratamentos das amostras, especialmente usando radiações energéticas. Usando litografia é possível criar arranjos periódicos nanoestruturados e bem definidos de centros de pinning, nos quais parâmetros tais como tamanho, profundidade, periodicidade e densidade, podem ser precisamente controlados. O aumento da corrente crítica em HTSC, usando arranjos periódicos tem sido estudada recentemente teórica e experimentalmente. O estudo dos mecanismos de pinning são importantes para a elaboração de supercondutores mais eficientes. Quando J excede o valor crítico Jc os vórtices entram em movimento, dissipam energia e diversos tipos de movimento podem acontecer, dependendo do arranjo particular de pinnings. No presente trabalho, usando a técnica de Dinâmica Molecular, caracterizamos as diversas fases dinâmicas e analizamos a resistência diferencial para vários arranjos periódicos de pinning, incluindo redes quadradas, hexagonais e outras configurações obtidas a partir da remoção simétrica e aleatória de centros de pinning. Os cálculos serão realizados para filmes de supercondutores do tipo II, usando um campo magnético aplicado menor ou igual que o primeiro campo de encendido e para correntes de transporte transversais e longitudinais. Serão caracterizadas as diversas fases para as redes pinnings propostas e usando os resultados da resistência diferencial, poderemos determinar com precissão as correntes de encendido para cada transição dinâmica.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Pablo Venegas Faculdade de Ciências de Bauru

Estrutura Eletrônica de Materiais

Descrição do Projeto

A estrutura eletrônica de materiais é uma área de investigação teórica onde se aplica a Mecânica Quântica para descrever a distribuição espacial e os níveis de energia dos elétrons que compõem o sistema em estudo, que pode variar em tamanho desde a mais simples molécula diatômica até sólidos extensos com mais de 1023 átomos. Os resultados dos cálculos de estrutura eletrônica podem ser aplicados para a previsão e explanação dos mais diversos tipos de dados experimentais de natureza quântica que possam ser colhidos dos materiais. Assim, por exemplo, a absorção e emissão de luz, podem ser previstas pela teoria; ou então, em sistemas extensos, a estrutura eletrônica determina as propriedades de condução elétrica do material: se este é um isolante, semicondutor ou condutor de eletricidade. Deste modo, a área de estrutura eletrônica fornece ferramentas adicionais importantes para a melhor compreensão de materiais existentes ou em desenvolvimento. Dada a sua natureza complexa, a área de estrutura eletrônica é quase totalmente desenvolvida com o uso de computadores e isto de certa forma delimita os sistemas que podem ser estudados e estimula a busca e utilização do método de cálculo mais conveniente. A tecnologia de grid com certeza vai permitir que se estude uma gama bem maior de situações e materiais. Existe uma grande variedade de métodos de cálculo. A maioria deles adota a abordagem de orbitais moleculares ou cristalinos, desde aproximações semi-empíricas muito simples até sofisticados métodos de primeiros princípios (ab initio). Os sistemas de interesse para este projeto são complexos supramoleculares de precursores de materiais óxidos avançados, semicondutores inorgânicos, polímeros condutores, biopolímeros e moléculas de interesse biológico. Através de cálculos no nível de teoria ab initio procuraremos determinar desde a estrutura mais estável para os compostos em estudo, até a simulação de espectros experimentais, que permitam uma comparação com os dados existentes.

Grupo de Pesquisa

Francisco Carlos Lavarda Faculdade de Ciências de Bauru
Augusto Batagin Neto Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais
Rodrigo Marques Ferreira Faculdade de Ciências de Bauru
Leonardo De Conti Dias Aguiar Faculdade de Ciências de Bauru

Estudo dos Processos de Fotodissociação e Reatividade do Polímero Orgânico Conjugado Meh-ppv em Solução sob Radiação Ionizante

Descrição do Projeto

Os polímeros orgânicos conjugados têm sido amplamente utilizados em diversos campos tecnológicos devido às suas características semicondutoras e ópticas. Recentemente foi relatada a possibilidade de sua utilização na área de dosimetria. O polímero orgânico poli [2-metóxi,5-(2’etil-hexiloxi)-p-fenilenovinileno] (MEH-PPV), quando diluído em solventes que contenham halogênios, tem apresentado características bastante promissoras nesta área.

Há evidências de que o polímero é alterado pela substituição de átomos de halogênios, provavelmente advindos da fotodissociação das moléculas do solvente, contudo os mecanismos envolvidos ainda não são bem conhecidos.

A compreensão dos processos de dissociação, tanto das moléculas do solvente, como de fragmentos do polímero, bem como a identificação dos sítios de maior reatividade na cadeia polimérica, são fatores de fundamental importância para o entendimento do mecanismo básico de ação que permite este material ser muito promissor na confecção de dosímetros de radiação.

No presente projeto pretende-se realizar cálculos de estrutura eletrônica visando à elucidação dos processos fotoquímicos observados em soluções do MEH-PPV sob radiação ionizante, bem como promover uma melhor compreensão dos mecanismos de ataque de radicais e de alteração estrutural sofrida pela cadeia polimérica em diferentes solventes.

Este projeto visa o aprofundamento de trabalhos anteriores, procurando analisar se a incorporação de radicais sobre a cadeia polimérica é a responsável principal pela alteração cromática do sistema e como estas reações ocorrem. Para tanto pretende-se analisar os processos de fotodissociação das moléculas de solvente, os caminhos de reação que permitem uma possível incorporação de radicais em fragmentos do polímero, e a localização de sítios de maior reatividade sobre a cadeia.

Os cálculos de estrutura eletrônica serão realizados a partir de métodos bem estabelecidos: semiempíricos, ab initio e/ou híbridos mecânicos-quânticos a partir dos quais serão obtidos os resultados teóricos.

Grupo de Pesquisa

Carlos Frederico de Oliveira Graeff Faculdade de Ciências de Bauru
Erika Soares Bronze-Uhle Faculdade de Ciências de Bauru

Estudo Numérico de Sistemas de Elétrons Fortemente Correlacionados em Baixa Dimensionalidade

Descrição do Projeto

Na pesquisa em física o estudo de modelos eletrônicos e de spins na rede é uma frente ampla e fecunda. Com modelos relativamente simples é possível capturar as principais características de diversos fenômenos, e muitas áreas de pesquisa se beneficiam dessa abordagem. Neste projeto estamos interessados em modelos de elétrons fortemente correlacionados em redes de baixa dimensionalidade. Um exemplo emblemático é o modelo de Hubbard1, que acredita-se contenha os ingredientes básicos para descrever as propriedades eletrônicas do supercondutores cerâmicos de alta temperatura crítica[2,3]. A característica distintiva dessa categoria de modelos é que as fortes correlações (interações) entre os elétrons tornam tratamentos tipo campo médio (e.g., Hartree-Fock) ou perturbativos ineficazes, exigindo métodos alternativos. Embora vários desses modelos admitam solução analítica, muitos casos de interesse permanecem insolúveis pelos métodos analíticos atualmente disponíveis. Uma alternativa é o uso de computadores. Dentre as várias técnicas computacionais disponíveis queremos destacar aqui a chamada diagonalização numérica. Esse enfoque vem ganhando espaço na literatura devido ao rápido aumento na capacidade de processamento dos computadores e ao surgimento de novas técnicas numéricas assim como o aperfeiçoamento das tradicionais. Nesse tipo de abordagem o espectro de energias e as funções de correlação do modelo são obtidos através da resolução numérica exata da equação de Schrödinger independente do tempo para um sólido contendo tipicamente algumas dezenas de átomos numa rede de baixa dimensionalidade (uma ou duas dimensões espaciais). Como as propriedades físicas de interesse derivam dessas quantidades, uma vez calculadas elas permitem estabelecer o comportamento do modelo, o qual é então analisado no contexto da particular fenomenologia que o motivou. Em seguida, essas informações são expressas na forma de diagramas de fases, permitindo uma visão unificada dos resultados.

Do ponto de vista puramente operacional resolver a equação de Schrödinger significa resolver um problema de auto-valores e auto-vetores para uma matriz (a Hamiltoniana do modelo) cuja dimensão cresce exponencialmente com o número de graus de liberdade (número de átomos na rede) envolvidos. Para que resultados significativos sejam obtidos o número de átomos que precisa ser utilizado torna o problema extremamente difícil de ser resolvido. Isso justifica o uso de técnicas específicas tais como o método de Lanczos4 e os algoritmos do grupo de renormalização da matriz densidade (DMRG)[5]. Essa técnicas fornecem o espectro de energias as funções de onda do modelo, sendo que essas últimas permitem o cálculo das diversas funções de correlação.

Grupo de Pesquisa

André Luiz Malvezzi Faculdade de Ciências
Márcio José Martins UFSCar
Raimundo Rocha dos Santos UFRJ
Thereza Cristina de Lacerda Paiva UFRJ
Edson Sardella Faculdade de Ciências

Física

Caos, aceleração de Fermi e Transições de fase em sistemas dinâmicos

Descrição do Projeto

O projeto atualmente visa estudar transições de fase em sistemas dinâmicos, particularmente considerando a transição de crescimento limitado para ilimitado de energia. Os modelos considerados são chamados bilhares dependentes do tempo. Consistem em um ensemble de partículas clássicas não interagentes que movem-se livremente ao interior de um domínio fechado. As fronteiras desse domínio movem-se no tempo. Assim, dependendo da fase do movimento da fronteira e da velocidade da partícula, esta pode perder ou ganhar energia. Um dos focos é caracterizar as condições que levem ao crescimento ilimitado de energia. Uma vez produzido tal fenômeno, o grupo tem concentrado em obter condições que suprimam tal fenômeno, como choques inelásticos e dissipação de uma forma geral.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Edson Denis Leonel Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Mário Roberto da Silva Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Jafferson Kamphorst Leal da Silva Universidade Federal de Minas Gerais
Denis Gouvêa Ladeira Universidade Federal de São João del Rey
Juliano Antônio de Oliveira Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Alexander Loskutov Moscow State University
Stanislav Soskin Ukrainian Academy of Science
Leonid Bunimovich Georgia Institute of Tecnhology
Raimundo Nogueira Costa Filho Universidade Federal do Ceará e University of Western Ontario

Dinâmica e Estabilidade de Longo-Período de Pequenos Satélites de Saturno

Descrição do Projeto

A região interna do sistema de satélites de saturno (i.e., o espaço localizado a distâncias menores que a distância média saturno-enceladus) é populada por vários (15 total) pequenos satélites, os quais são considerados pequenos, pois possuem diâmetros 2 ou 3 ordens de grandeza menor que os satélites regulares (mimas, enceladus etc). A dinâmica dos pequenos satélites é altamente influenciada pelos satélites regulares, fato que pode ser visto por exemplo considerando as várias ressonâncias orbitais que existem entre suas órbitas. A quantificação dessas interações complexas no sistema de muitos corpos pode ser feira via simulações numéricas das equações diferenciais de movimento, em densas grades de condições iniciais, grande intervalos de parâmetros e tempos longos de integração numérica. Neste projeto estamos necessitando de tempo disponível em processadores de grande porte que viabilizem a realização das tarefas acima em tempo hábil.
A pesquisa já foi niciada no laboratório de astronomia dinâmica do demac/igce/rio claro, e mostra resulados preliminares promissores, prinicipalmente no tocante a estabilidade de anthe e methone (dois pequenos satélites detectados pela sonda espacial cassini, localizados entre as órbitas de mimas e enceladus). Esses resultados foram publicados em [1,2] e mostram instabilidade de longo-período desses pequenos satélites devido a possibilidade de colisão de suas órbitas com outros satélites maiores (e.g. mimas e enceladus). Esse cenário pode ter consequencias mais severas no tocando a tópicos de formação e evoluçao desses pequenos corpos [3], assim como na determinação precisa de suas órbitas.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Nelson Callegari Júnior IGCE/DEMAC/UNESP-Rio Claro
Tadashi Yokoyama IGCE/DEMAC/UNESP-Rio Claro

Física Experimental de Altas Energias

Descrição do Projeto

A Física de Altas Energias tem por objetivo investigar a natureza dos constituintes elementares da matéria e as interações fundamentais. Os aceleradores de partículas têm desempenhado um papel fundamental nestas investigações, sendo o Tevatron do Fermilab e o Large Hadron Collider do CERN os mais potentes já construídos.

Reconhecendo a importância da participação de pesquisadores do Estado de São Paulo nos experimentos que são realizados nestes aceleradores, foi criado em 2003, com o apoio da FAPESP, o Centro Regional de Análise de São Paulo (São Paulo Regional Analysis Center – SPRACE), o qual congrega os pesquisadores de instituições paulistas atuando nas colaborações DZero do Fermilab e Compact Muon Solenoid (CMS) do CERN.

Para dar suporte aos pesquisadores e contribuir para o processamento, armazenamento e análise dos dados produzidos nesses experimentos, foi implantado um centro de computação que conta atualmente com mais de um Teraflop de poder de processamento. O SPRACE iniciou suas operações de processamento de dados para o DZero em março de 2004, associado ao Distributed Organization for Scientific Analysis and Research (DOSAR). Integrou-se em seguida ao SAMGrid, o sistema de processamento distribuído do experimento DZero e, em 2005, tornou-se parte do Open Science Grid (OSG), consórcio americano de universidades, laboratórios nacionais e centros de computação, formando com estes um grande grid computacional de mútiplos propósitos. Através da infra-estrutura de middleware do OSG, o SPRACE vem participando ativamente das atividades de processamento de dados do experimento DZero e atuando como uma Tier-2 da estrutura computacional hierárquica do experimento CMS, em preparação para a entrada em operação do LHC em 2008.

Os membros do SPRACE participam da análise física dos dados produzidos pelo DZero associados ao grupo de “Novos Fenômenos” da colaboração, o qual procura por sinais de Física Além do Modelo Padrão. Em particular, estamos investigando a possibilidade de existência de novas dimensões espaciais através do estudo da produção de três léptons isolados. Estamos também nos preparando para a análise de dados do CMS, onde iniciamos investigação neste mesmo tema.

O ensino e a divulgação científica tem sido uma preocupação constante do SPRACE. Vimos elaborando um conjunto de cursos de formação na área e disponibilizando o material didático na web, permitindo o acompanhamento dos cursos à distância. O projeto “Estrutura Elementar da Matéria: Um Cartaz em Cada Escola” permitiu que se levasse a todas as escolas do segundo grau do País informação sobre os constituintes da matéria e suas interações, provendo também um Fórum de Discussão onde estudantes e professores de todo o país possam trocar conhecimentos.

O SPRACE tem interagido e gerado competência nas áreas com as quais se relaciona. Temos desempenhado um importante papel na formação de recursos humanos não apenas em Física de Altas Energias, mas também em redes ópticas de alta velocidade, processamento de alto desempenho e, acima de tudo, na arquitetura Grid de computação distribuída.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Sérgio Ferraz Novaes Instituto de Física Teórica
Sandra dos Santos Padula Instituto de Física Teórica
Eduardo de Moraes Gregores UFABC
Pedro Galli Mercadante UFABC
Marco André Ferreira Dias UFRN
Franciole da Cunha Marinho Instituto de Física Teórica
Thiago Rafael Fernandez Perez Tomei Instituto de Física Teórica
Angelo de Souza Santos Instituto de Física Teórica
Flavia de Almeida Dias Instituto de Física Teórica
César Augusto Bernardes UFABC
"Tiago dos Anjos Costa UFABC
Caio Laganá Fernandes USP
Matheus Ichimaru Bedendo USP

Modos Vibracionais de Moléculas Orgânicas

Descrição do Projeto

Nos últimos anos filmes finos nanoestruturados a base de moléculas orgânicas têm sido intensivamente estudados visando aplicações tecnológicas como complemento ou alternativa às moléculas inorgânicas. Além disso, resultados promissores têm sido obtidos quando estas moléculas são aplicadas na forma de filmes finos em sensores, células solares, diodos orgânicos emissões de luz, etc. Para que se obtenham êxitos nestas aplicações tecnológicas, é imprescindível o controle das propriedades estruturais dos filmes fabricados, garantindo principalmente a integridade química da molécula precursora durante o processo de fabricação. Também imprescindível é a determinação das organizações estruturais destas moléculas após a fabricação dos filmes, pois, por exemplo, podem induzir diferenças nos processos de condução por portadores de carga dependendo da localização dos contatos elétricos (eletrodos). Para garantir a integridade química das moléculas e determinar a sua organização molecular, as técnicas de espectroscopia absorção UV-Vis, de espectroscopia de espalhamento Raman e de espectroscopia infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) são intensivamente usadas por suas potencialidades na análise das propriedades óticas e estruturais dos filmes fabricados. A determinação dos modos vibracionais destas é de essencial importância para uma análise precisa dos espectros Raman e FTIR coletados para essas moléculas.

Esta proposta tem por objetivo a determinação dos modos vibracionais através de espectros teóricos das moléculas orgânicas estudadas pelo nosso grupo de pesquisa usando o programa Gaussian disponível GridUNESP. Há alguns anos o grupo vem trabalhando na fabricação e caracterização de filmes finos de moléculas orgânicas como os derivados do perileno, metaloftalocianinas, ligninas e mais recentemente xantênicos e fosfolipídios biológicos. Além do domínio das técnicas de fabricação de filmes finos Langmuir-Blodgett, Layer-by-Layer e evaporação térmica a vácuo, o uso do espectrógrafo Raman, FTIR e espectrofotômetro UV-Vis fazem parte da rotina do nosso grupo. Também compõem os trabalhos desenvolvidos pelo grupo a determinação das organizações moleculares assumidas nos filmes finos de materiais puros e as análises das interações moleculares em filmes compostos por mais de um material e suas organizações. Como estas moléculas podem possuir de algumas dezenas até uma centena de átomos, o custo computacional para a determinação dos espectros teóricos por microcomputadores convencionais é muito alto. Portanto, este projeto visa contemplar o uso do programa Gaussian disponível no GridUNESP para agilização dos cálculos teóricos de tais moléculas orgânicas. O intenso uso das técnicas FTIR, espalhamento Raman e absorção UV-Vis pelos participantes deste projeto podem ser verificados pelas publicações em periódicos específicos da área na base de dados da web of science em www.webosscience.com ou no currículo Lattes destes.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Carlos José Leopoldo Constantino Faculdade De Ciências e Tecnologia - UNESP
Diogo Volpati DFQB/FCT/UNESP
Priscila Aléssio DFQB/FCT/UNESP
Pedro Henrique Benites Aoki DFQB/FCT/UNESP

Simulação Computacional de Átomos e Moléculas sobre Superfícies Metálicas

Descrição do Projeto

Tem sido muito intensa, nas últimas décadas, a busca por materiais que tenham características interessantes do ponto de vista tecnológico, especialmente características que facilitem a criação de dispositivos eletrônicos de tamanho reduzido, na escala nanométrica. Este interesse estimulou a realização de uma quantidade enorme de trabalhos experimentais e teóricos a respeito de nanoestruturas. Avanços nas técnicas experimentais de microscopia (high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), scanning tunneling microscopy (STM), e atomic force microscopy (AFM)) revelaram novos fenômenos em nanoescala.
A proposta é realizar um estudo da interação entre átomos e moléculas e destes sistemas com superfícies metálicas. O estudo desta interação da superfície metálica com moléculas grandes é bastante complexo, em parte devido ao grande número de configurações possíveis para a geometria das moléculas consideradas. Contudo, importantes avanços nessa área foram conseguidos recentemente inclusive com a descoberta de novos e inesperados fenômenos, como a reconstrução com chiralidade específica de superfícies metálicas induzidas por moléculas orgânicas, o efeito chave-fechadura não biológico ou a formação de padrões complexos sobre as superfícies com bases de DNA.
Também serão estudadas as propriedades eletrônicas e estruturais destes sistemas. Como método de abordagem, será utilizada a Teoria do Funcional Densidade e métodos de Dinâmica Molecular. A influência do exchange e das correlações eletrônicas sobre estes processos será avaliada. Simulações com potenciais reativos como o REAXFF serão úteis para entender a dinâmica dos processos de formação de padrões e de auto-organização sobre as superfícies.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Ricardo Paupitz Barbosa dos Santos Dep. de Física/IGCE/UNESP
Douglas Soares Galvão IFGW/UNICAMP
Pedro A. S. Autreto IFGW/UNICAMP

Simulações de Materiais Avançados

Descrição do Projeto

A descoberta de novos materiais e novas rotas de síntese constitui um processo laborioso. Recentemente, uma nova ferramenta veio somar-se aos recursos disponíveis para o design de materiais: a simulação computacional. Este novo tipo de "experimentação", provê informações que podem auxiliar na interpretação de experimentos reais, além de permitir estudar o comportamento da matéria em condições difíceis de realizar experimentalmente, explorar possíveis rotas de síntese de compostos conhecidos ou de novos materiais, bem como estimar suas propriedades físicas. De fato, a sinergia entre experimentos reais e computacionais é um ingrediente fundamental no desenvolvimento da Ciência dos Materiais.

O projeto de pesquisa proposto se caracteriza pelo estudo computacional de materiais avançados, em distintas frentes de atuação. O primeiro tema de pesquisa desse projeto consiste no utilização de cálculos de primeiros princípios para a obtenção das propriedas físicas das fases α e g-ZrW2O8. O Tungstato de Zircônia (ZrW2O8) é um composto que exibe uma expansão térmica negativa (ETN), isotrópica, em um amplo intervalo de temperatura (0,3 a 1050K). Essa propriedade confere a este composto grande interesse quando se pensa em potenciais aplicações tecnológicas envolvendo ETN.

Como mostramos em trabalhos anteriores, o tungstato de zircônio exibe amorfização induzida por altas pressões. De acordo com o mecanismo proposto por nós, ambos os fenômenos (expansão térmica negativa e amorfização induzida por altas pressões) têm origem nos modos de unidades rígidas de baixa energia exibidos pelo tungstato de zircônio. No entanto, detalhes do mecanismo responsável pela ETN deste composto ainda são motivo de controvérsia na literatura. O mesmo se pode dizer a respeito do mecanismo responsável pela amorfização induzida por altas pressões. O experimento decisivo consiste em calcular o espectro de dispersão de fônons da fase g-ZrW2O8 e sua dependência com a pressão, de modo a verificar se todo um ramo do espectro de fônons amacia simultaneamente, em pressões compatíveis com aquela em que se observa experimentalmente a amorfização induzida por altas pressões. Este experimento computacional constitui um dos objetivos fundamentais deste projeto.

O segundo tema de pesquisa consiste no estudo computacional sobre influência de altas pressões sobre a estrutura e propriedades de compostos termoelétricos com estrutura de escuterudita. Neste estudo, pretende-se evidenciar o papel desempenhado pela espécie hóspede sobre a equação de estado e as eventuais transições de fase da estrutura hospedeira, tendo em vista que a pressão tende a favorecer estruturas com menor volume molar. Já temos evidências da formação de novas fases em compostos termoelétricos com estrutura de escuterudita, submetidos a altas pressões. Assim, um dos objetivos deste projeto é estudar computacionalmente as propriedades destas novas fases produzidas em alta pressão.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Ney Lemke UNESP
Cláudio Antônio Perottoni UCS
André Luis Martinotto UCS

Simulações Numéricas em Cromodinâmica Quântica

Descrição do Projeto

São quatro as interações fundamentais presentemente conhecidas: gravitacional, eletromagnética, forte e fraca. Enquanto as duas primeiras se manifestam de maneira tangível em nossas vidas, as duas últimas são de natureza mais sutil e atuam no mundo sub-atômico. O presente projeto se refere à força forte. Historicamente, as partículas sensíveis a essa força foram denominadas de hadrons, sendo o próton, o nêutron e o meson pi os mais conhecidos exemplos de hadrons. Essa força é responsável pela existência de quase que a totalidade da massa visível do universo, sendo em particular responsável pela existência do núcleo dos átomos. A teoria que descreve a força forte é a cromodinâmica quântica (QCD), nome derivado da eletrodinâmica quântica, a qual descreve as interações entre as cargas elétricas através de fótons. Na QCD, as cargas são denominadas “cores” e as partículas fundamentais que possuem essas cargas são os quarks, que interagem através de gluons, que também possuem carga de cor. Uma das mais fantásticas propriedades da QCD, pouco entendida no momento, é o confinamento da cor, que significa que um quark ou um gluon não são observados isoladamente – tecnicamente, diz-se que somente estados de cor zero (singletos) são observados. Os estados observados são os hadrons, eles são estados ligados de quarks e gluons.

A QCD sendo a teoria das interações fortes, ela deve descrever a partir de seus graus de liberdade fundamentais, os quarks e gluons, uma grande variedade de propriedades e fenômenos hadrônicos, como a massas e os tamanhos dos hadrons, as interações hadrônicas, a formação dos núcleos atômicos, a matéria formada em colisões de íons pesados a altas energias (plasma de quarks e gluons) e a matéria encontrada no interior de objetos estelares superdensos (estrelas de nêutrons). Todos esses problemas têm em comum o fato que a força entre as partículas não pode ser tratada pelos tradicionais métodos da teoria de perturbação baseados numa expansão em série de potências na constante de acoplamento. No momento, os únicos métodos de primeiros princípios para tratar esses problemas são os baseados em simulações numéricas de grande escala, realizadas em supercomputadores – o nome dado a esse campo é “QCD na rede”. A QCD na rede consiste em simular numericamente as equações da QCD numa rede discreta do espaço-tempo, através do emprego de métodos Monte Carlo e de equações de Langevin.

Apesar do campo ter origem há mais de 30 anos, no Brasil ele é relativamente recente. Historicamente, uma das principais dificuldades para implementar projetos de QCD na rede no Brasil tem sido a ausência de recursos computacionais adequados, devido aos seus altos custos no passado. Presentemente, recursos computacionais adequados começam a ser disponibilizados através de projetos como a GridUNESP. Desde sua criação, a QCD na rede tem produzido várias revoluções, tanto sob o ponto de vista puramente intelectual, no que se refere à compreensão das interações fortes, como também no desenvolvimento de técnicas de simulações numéricas, como o desenvolvimento de novos algoritmos, que se mostraram úteis em vários outros campos do conhecimento, como Ciências dos Materiais, Meteorologia e Matemática Aplicada. A QCD na rede foi propulsora de inovações tecnológicas no campo da informática, incluindo principalmente computação de alto desempenho e tecnologia da informação.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Gastão Inácio Krein Instituto de Física Teórica
Gabriel Santos Menezes Instituto de Física Teórica
Sergio Marcolino Antunes Instituto de Física Teórica
Carlos Eduardo da Silva Fontoura Instituto de Física Teórica
Nadiane Cristina Cassol Seewald Instituto de Física Teórica
Daniel Fernando Reyes Castillo Instituto de Física Teórica
Rafael Reis Leme Instituto de Física Teórica
Marcio Woitek Junior Instituto de Física Teórica
Felipe Attanasio Instituto de Física Teórica

Geociências

Meteorologia

---+++Climatologia de precipitação no Estado de São Paulo Baseada em 15 Anos de Dados dos Radares do IPMet

Descrição do Projeto

No sudeste e na região sul do Brasil, assim como na Amazônia, tem sido observado um aumento intenso na precipitação, o que também tem sido observado nos últimos cinqüenta anos, como mostrado por Marengo et al., 2007. Groisman et al. (2005) identificaram tendências positivas de aumentos sistemáticos de chuva e de extremos de chuva na região subtropical, no sul e no nordeste do Brasil. Os autores consideraram que o sudeste, desde 1940, tem mostrado aumentos sistemáticos na freqüência de chuvas intensas, de até quase 58%/100 anos. Carvalho et al. (2002; 2004) consideram que em São Paulo observam-se mais eventos extremos de chuvas durante o El Niño, os quais, nesse estado, são sensíveis à intensidade da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). No caso das áreas urbanizadas, a criação de ilhas de calor - assim como a alteração nos regimes de ventos ¬exercendo uma significativa alteração nos volumes e distribuição das chuvas, concentrando as precipitações atmosféricas em algumas regiões e tornando-as escassas em outras. Assim, uma redistribuição nos regimes pluviométricos pode trazer conseqüências sérias para a vida da população, principalmente, sobre a população urbana. Entre estes impactos, podemos citar o racionamento de água e ao mesmo tempo uma maior ocorrência de alagamentos e deslizamentos de terra. Existe uma percepção de que como uma provável conseqüência das mudanças globais e regionais, teríamos que os desastres naturais relacionados ao clima estão aumentando em freqüência e magnitude nas últimas décadas. Uma análise das distribuições de parâmetros como volume, área, duração, intensidade (dBZ) das células de precipitação, altura de topos dessas tempestades, etc, observadas nos últimos 15 anos pelos radares do IPMet, certamente se configura numa contribuição aos estudos já realizados até então no Estado de São Paulo, pois nenhum deles tiveram suas análises baseadas numa serie de dados gerados por radares meteorológicos. Sem dúvida seria ainda uma contribuição para a climatologia de tempestades para o Estado considerando a área de alcance dos dois radares.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Ana Maria Gomes Instituto de Pesquisas Meteorológicas
Gerhard Held Instituto de Pesquisas Meteorológicas
Jonas Nery Teixeira Departamento de Geografia de Ourinhos
Jaqueline Murakami Kokitsu Instituto de Pesquisas Meteorológicas

---+++Interações Multi-Escala na Atmosfera

Descrição do Projeto

O presente projeto de pesquisa tem por objetivo estudar a dinâmica das interações não-lineares ressonantes entre ondas num modelo atmosférico global, baroclínico e não-hidrostático e analisar o potencial dessas interações na geração de flutuações de baixa-freqüência na circulação atmosférica de grande-escala. Essas interações ressonantes serão analisadas num contexto idealizado, com as ondas estando imersas numa atmosfera em repouso, horizontalmente homogênea, isotérmica e estavelmente estratificada na vertical. Estudos complementares podem ser feitos, dependendo do andamento do projeto, para o caso de estados básicos mais realistas, considerando a princípio o limite hidrostático das equações governantes neste caso. Pretende-se com este estudo obter um conhecimento teórico mais profundo acerca dos mecanismos não-lineares de interação multi-escala na atmosfera, visto que tanto estudos teóricos quanto de modelagem numérica com modelos atmosféricos operacionais têm destacado a importância dessas interações multi-escala na geração de anomalias de baixa freqüência na circulação atmosférica. A importância da presente proposta reside no crescente consenso por parte da comunidade científica em ciências atmosféricas da necessidade de se utilizar modelos de altíssima resolução espacial/temporal para previsão sazonal e simulações climáticas de período ainda mais longo.

Grupo de Pesquisa

Nome Instituição
Carlos Frederico Mendonça Raupp Instituto de Física Teórica

Química

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