Este programa de atração de talento conta com o apoio da União Europeia (ações Marie Curie do FP7), do Ministério da Economia e Competitividade e do Banco Santander.
Que parte da sua investigação é em Física e que parte é em Química?
A ciência dos materiais é um campo interdisciplinar no qual físicos, químicos e engenheiros trabalham em conjunto, contribuindo com diferentes perspetivas sobre o mesmo problema na prossecução de um objetivo comum: o desenvolvimento e aperfeiçoamento dos materiais existentes. O principal objetivo da ciência dos materiais é atender às necessidades da sociedade contemporânea através da inovação. Alguns dos temas atualmente em estudo incluem a redução do consumo de energia nos dispositivos, o aumento da capacidade de armazenamento de energia nas baterias e o desenvolvimento de sistemas que ofereçam soluções baseadas em energias renováveis e, por conseguinte, sejam capazes de captar energia da luz solar, do vento e da terra (geotérmica).
Quais as aplicações dos semicondutores orgânicos?
Os semicondutores orgânicos são capazes de oferecer soluções para os diversos problemas que enfrentamos hoje, através da utilização inteligente das suas propriedades intrínsecas (são baratos, flexíveis, transparentes e leves), levando a novos conceitos e designs para dispositivos eletrónicos. O melhor exemplo disso são os díodos orgânicos emissores de luz (OLEDs). Foram os primeiros dispositivos baseados em materiais orgânicos a serem produzidos em massa e revolucionaram a indústria dos ecrãs, oferecendo hardware que consome significativamente menos energia, proporciona maior qualidade e requer menos espaço físico. Hoje, podemos encontrá-los em telemóveis e televisores ultrafinos de alta resolução, possibilitando soluções exclusivas, como televisores curvos e ecrãs transparentes.
Para onde caminhamos nesta área?
Um grupo de dispositivos, incluindo células fotovoltaicas orgânicas (OPVs), transístores de efeito de campo orgânico (OFETs) e lasers orgânicos (OSLs), são candidatos muito promissores para seguir o mesmo caminho dos OLEDs e dominar parte do mercado nos seus respetivos segmentos, embora o seu desempenho ainda baixo esteja a atrasar a sua comercialização em larga escala.
Em que medida o desempenho das células OPV ou da tecnologia OLED poderia ser aumentado?
Atualmente, a indústria OLED está altamente avançada e estão disponíveis no mercado dispositivos extremamente eficientes. Os desafios atuais residem no aperfeiçoamento das propriedades de exposição e no desenvolvimento de dispositivos de iluminação para espaços interiores e aplicações arquitetónicas. A tecnologia OPV atingiu um nível em que pode competir em algumas áreas com diversas tecnologias fotovoltaicas, embora a sua eficiência global ainda necessite de ser melhorada (o recorde atual de eficiência ronda os 12%, e teoricamente poderia atingir entre 20% e 24%).
Qual é o objetivo da sua investigação na UC3M?
O objetivo do projeto que estou a desenvolver é oferecer uma compreensão detalhada da dinâmica dos excítons em materiais orgânicos conjugados através de métodos computacionais, de forma a melhorar a eficiência dos dispositivos eletrónicos baseados em materiais orgânicos para que possam ser comercializados.
Como é que ele planeia alcançar isso?
Isto será conseguido através do desenvolvimento de uma ferramenta teórica capaz de descrever de forma mais realista a dinâmica do transporte de energia e carga entre moléculas orgânicas, de forma a validar e avaliar informação atualmente inacessível através de técnicas experimentais. Isto permitir-nos-á compreender de forma singular os parâmetros que regem estes mecanismos, resultando numa poupança de tempo e de custos na síntese de novos compostos. Tal será realizado através da verificação das propriedades de transferência de energia (TE) e transferência de carga (TC) antes da síntese, possibilitando simultaneamente o desenvolvimento de novos dispositivos eletrónicos orgânicos, auxiliando na descrição e no ajuste das suas propriedades relevantes.
Que metodologia utiliza na sua pesquisa?
As metodologias mais comummente adotadas para descrever a dinâmica de transferência de eletrões (TE) a longo prazo para sistemas onde não é possível uma solução analítica baseiam-se em métodos estocásticos que resolvem as equações mestras de Pauli ou numa abordagem estática baseada na extração de conformações moleculares de simulações de dinâmica molecular clássica, utilizadas na previsão da dinâmica de TE e transferência de carga (TC) pelo método de Monte Carlo cinético num instantâneo congelado. Neste projeto, integraremos estas diferentes etapas numa única para reduzir e evitar a perda de informação eletrónica e estrutural essencial para a obtenção de uma previsão detalhada das propriedades dinâmicas.
Qual é o aspeto mais complicado da realização desta pesquisa?
Diria que cada etapa de um projeto de investigação é importante, desde a conceção inicial até à implementação e validação. As decisões precisam de ser tomadas em cada fase do projeto, existindo diferentes abordagens, muitas vezes sem conhecimento prévio do resultado. Defendo que a etapa mais importante neste projeto será a validação da metodologia. Isto permitir-nos-á direcionar o desenvolvimento do projeto em direções específicas e, com o tempo, transferir esta metodologia para diferentes tipos de sistemas.
Utiliza métodos computacionais? Estes métodos estão relacionados com o software MView que criou?
O MView é um software que tenho vindo a desenvolver nos últimos anos para centralizar e generalizar métodos computacionais. Atualmente, o seu principal objetivo é fornecer ferramentas que auxiliem na análise e visualização (através de uma interface OpenGL) de propriedades e dinâmica molecular. As ferramentas teóricas resultantes do programa CONEX serão também incorporadas, levando a uma interface mais amigável e facilitando a utilização por outros investigadores.
Que benefícios lhe oferece a investigação na UC3M, no âmbito do programa CONEX?
Acredito que o programa CONEX me oferece uma excelente oportunidade para me concentrar nos meus interesses de investigação, permitindo-me conduzir investigação independente e desenvolver ferramentas teóricas para investigar os processos dinâmicos que ocorrem nos semicondutores orgânicos. A UC3M tem-se revelado um ambiente que proporciona o apoio financeiro, tecnológico e de pessoal necessário para o sucesso do programa.
Onde trabalhava antes de ingressar na UC3M no âmbito do CONEX?
Antes de ingressar na UC3M, trabalhei em vários centros de excelência na Europa, nos Estados Unidos e no Brasil. Sou licenciado em Física pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e possuo um mestrado pela Universidade de São Paulo, Brasil. Em 2007, iniciei o meu doutoramento na Universidade de Mons, Bélgica, sob a orientação do Dr. Jérôme Cornil. Aí, estudei e caracterizei a transferência de eletrões (ET) e a transferência de carga (CT) em sistemas supramoleculares do tipo hospedeiro, utilizando ferramentas computacionais de mecânica quântica, com o objetivo final de desenvolver novos projetos para dispositivos orgânicos. Após concluir o meu doutoramento, juntei-me ao grupo de investigação do Dr. Jean-Luc Brédas no Instituto de Tecnologia da Geórgia (Georgia Tech), onde foquei a minha investigação na compreensão dos processos de CT em interfaces orgânicas e inorgânicas típicas encontradas em transístores orgânicos de efeito de campo (OFETs). Em 2012, juntei-me à Dra. Benedetta Mennucci na Universidade de Pisa, onde pude colocar em prática os meus conhecimentos prévios, pesquisando as propriedades da transferência de eletrões em complexos biológicos de captação de luz, contribuindo para a compreensão do processo de fotossíntese em plantas e bactérias.
Gabinete de Informação Científica da Universidade Carlos III de Madrid (UC3M):
http://portal.uc3m.es/portal/page/portal/actualidad_cientifica/noticias/Entrevista_Lucas_Viani
Entrevista em vídeo adicional: https://www.youtube.com/watch?v=8sag4MgwyaQ
