O objetivo desta linha de pesquisa é investigar a estrutura eletrônica de
moléculas e sólidos através de métodos teóricos baseados na Mecânica
Quântica, com a finalidade de interpretar ou fazer predições sobre suas
propriedades físicas e químicas, tais como: propriedades estruturais
(distâncias interatômicas, ângulos, etc), energias e probabilidades de
transições eletrônicas, energias de ionização, cargas, espectro de
fotoelétrons, propriedades magnéticas (momentos magnéticos, constante de
acoplamento magnético J), propriedades hiperfinas magnéticas (campos
hiperfinos, tensor A de EPR), propriedades hiperfinas Mössbauer (deslocamentos
isoméricos, gradientes de campo elétrico), etc
PESQUISADORES
Diana
Guenzburger (pesquisador)
Joice Terra (pesquisador)
Javier Antonio Gómez Romero (estudante de doutorado)
Patrícia Granzotto Antunes (estudante de mestrado)
Donald E. Ellis (professor visitante da Northwestern University, U.S.A)
Zeng Zhi (pesquisador visitante do Instituto de Estado Sólido, Hefei, R. P.
China)
MÉTODOS TEÓRICOS
Para os cálculos quânticos utilizamos o método Variacional Discreto (DVM) (D. E.
Ellis e G. S. Painter, Phys. Rev. B 2 , 2887 (1970); D. E. Ellis e D.
Guenzburger, Adv. Quant. Chem. 34, 51 (1999)), baseado na teoria do Funcional da
Densidade (veja também o site http://dvworld.nwu.edu). O DVM é um método todo
numérico, que serve tanto para calcular a estrutura eletrônica de moléculas
como de sólidos. No caso de sólidos, o cristal é representado por um grupo de
até 100-150 átomos (chamado aglomerado ou "cluster"), inserido no
potencial de alguns milhares de átomos do exterior do sólido
("embedding"). Como não é necessário simetria de translação,
podem ser tratados sistemas sólidos sem periodicidadel, como impurezas,
amorfos, defeitos, vacâncias, etc.
Em sistemas que contem átomos mais pesados, os efeitos relativísticos se
tornam importantes. Para isto, existe a versão relativística de quatro
componentes do DVM, em que a equação de Dirac-Coulomb é resolvida dentro do
esquema da teoria do Funcional da Densidade.
Para sistemas muito complexos, não é possível obter as propriedades
estruturais dentro do âmbito da Mecânica Quântica. Para estes casos, existe a
ferramenta da Dinâmica Molecular, em que as interações são tratadas
classicamente. Acoplado ao DVM, este método permite obter distancias
interatômicas e ângulos de equilíbrio (K. C. Mundin e D. E. Ellis, Braz. J.
Phys. 29, 199 (1999)).
INTERESSES
DE PESQUISA
Método de orbitais
moleculares para moléculas e aglomerados. Hartree-Fock, aproximações
semi-empíricas, teoria do Funcional da Densidade.
Espectroscopia ótica e fotoeletrons. Interpretação por métodos da
mecânica quântica.
Interações hiperfinas Mössbauer em moléculas e sólidos, e sua relação
com a estrutura eletrônica.
Complexos de metais de transição. Ligação química, espectros óticos,
energias
de ionização, interações hiperfinas Mössbauer.
Metais, ligas e pequenos aglomerados metálicos. Estrutura eletrônica, propriedades magnéticas, interações hiperfinas.
Estrutura eletrônica e propriedades relacionadas de cristais iônicos e semicondutores.
Cálculos de estrutura eletrônica de átomos, moléculas e aglomerados
relativísticos.
Teoria de parâmetros EPR por métodos de orbitais moleculares: aplicação a
complexos
de elementos de transição..
Magnetismo localizado em metais, ligas diluídas e precipitados metálicos.
Estrutura eletrônica, propriedades hiperfinas e magnetismo de compostos
supercondutores
Sistemas magnéticos nanoscópicos; moléculas nanoscópicas de metais de
transição.
Magnetismo e interações hiperfinas
Cálculos relativísticos de estrutura eletrônica: magnetismo em compostos de
Terras Raras
Estrutura eletrônica de interfaces e monocamadas metal/metal,
metal/semicondutor e semicondutor/semicondutor.
Estrutura eletrônica de grandes moléculas biológicas contendo elementos de
transição:
propriedades eletrônicas, magnéticas e hiperfinas
Estrutura eletrônica de silicatos e zeólitas
Estrutura eletrônica da hidroxiapatita, com e sem impurezas substitucionais.
LINHAS
DE PESQUISA ATUAIS
A
molécula biológica Myoglobina, presente nos músculos, está sendo estudada,
com a finalidade principal de se obter informações sobre a interação com a
molécula NO. Estão sendo calculados os parâmetros hiperfinos no N, para
ajudar na interpretação de espectros EPR e ENDOR.
Extensos cálculos foram realizados para aglomerados representando 3, 4 e 5
monocamadas de Fe sobre Cu(001) fcc. Diversas configurações magnéticas foram
consideradas. Foram obtidos campos hiperfinos, momentos magnéticos e
gradientes de campo elétrico. No momento, estes cálculos estão sendo
estendidos para monocamadas de Co sobre Cu(001).
Cálculos relativísticos estão sendo realizados para os compostos EuCo2P2 ,
EuRh2P2 e EuRh2As2 , os quais possuem estrutura em camadas. Está sendo
investigado o efeito da pressão sobre o magnetismo e os deslocamentos
isoméricos Mössbauer.
Zeolitas são silicatos do tipo "open-framework" compostas de
tetraedros de SiO4 e AlO4, os quais estão conectados a outros cátions, o que
garante a neutralidade elétrica da estrutura. A estrutura de canais resultante
permite que esses materiais sejam "peneiras moleculares" eficientes.
Além disso, tem-se demonstrado que as zeólitas agem como "trocadores de
íons", adsorventes e catalizadores. Zeólitas têm sido aplicados a uma
variedade enorme de campos, incluindo "bulk separation processes",
refinamento de gasolina e na estocagem de produtos de lixo nuclear por longos
períodos. Nesse projeto estamos estudando uma nova classe de zeolites: os
alumínio-fosfatos. Estamos estudando as propriedades eletrônicas e
difusividade de moléculas orgânicas como o metanol, usando um acoplamento
entre a teoria do funcional da densidade, dinâmica molecular e método Monte
Carlo.
Silicatos do tipo camada T-O-T (grupo mica) são materiais cerâmicos de grande
interesse científico (estruturas tipo mica ricas em Fe são extremamente
importantes na compreensão das propriedades magnéticas de minerais naturais),
e tecnológico (por exemplo, a mica phlogopite foi usada como peneira molecular
no aprisionamento do césio para descontaminar o gado no acidente nuclear de
Chernobyl - Science 239(1988)1286)). Nosso interesse nas micas, particularmente
na annite, está relacionado ao estudo das interações hiperfinas. Agora
estamos estudando a ordem magnética nesse material, calculando a constante de
Heisenberg de acoplamneto magnético: a mica é um laboratório natural no
estudo de magnetismo bidimensional.
Materiais biocerâmicos em geral e hidroxiapatite (HAP) em particular têm
importância na biologia e medicina (estrutura similar ao dos tecidos
calcificados) e em outras áreas de aplicação tecnológica, tais como
catálise e área ambiental. Embora intensivamente estudada por técnicas
experimentais, existem poucos trabalhos sobre a estrutura eletrônica da HAP. A
partir de 1998, o grupo de estrutura eletrônica do CBPF, iniciou estudos sobre
a estrutura eletrônica e simulação atomística de hidroxiapatitas dopadas
com metais (Fe, Co, Cu, Zn, Cd, Hg, e Pb) e íons carbonatados (CO2 e CO3).
Esses trabalhos visam contribuir para o conhecimento das propriedades
estruturais, mecânicas e químicas da HAP, além de dar informações
complementares às obtidas pelas técnicas experimentais (EPR, ENDOR,
Espectroscopia Mössbauer, e XANES entre outras).
PUBLICAÇÕES A PARTIR DE 1995
1.
"Electric-field gradients and magnetic hyperfine parameters of
square-pyramidal [M(CN)5]3- (M = Co, Rh and Ir) complexes".
S.R.Nogueira e D.Guenzburger.
Int. J. Quantum Chem. 54, 381-392 (1995).
2.
"Theoretical study of the pyramidal geometry around the sulfur in the
S-bound mode of coordination of thiophene to the [CP(CO)2Fe]+ fragment".
L.Rincón, J.Terra, D.Guenzburger e R.Sanchez-Delgado.
Organometallics 14, 1292-1296 (1995).
3.
"Density Functional study of Fe bound to ammonia".
Joice Terra e Diana Guenzburger
Journal of Physical Chemistry 99, 4935-4940 (1995).
4.
"Magnetic and hyperfine properties of fcc Fe".
Diana Guenzburger e D.E.Ellis.
Physical Review B 51, 12.519-12.522 (1995).
5.
"Magnetic and electronic properties of g-Fe and g-Fe/Al particles in
copper".
Diana Guenzburger e D.E.Ellis.
Physical Review B 52, 13 390-13 398 (1995)
6.
"Relativistic effects on the electronic structure and bonding of
[Ir(CN)5]3-".
S.R.Nogueira e D.Guenzburger.
Int. Journal of Quantum Chemistry 57 , 471-479 (1996)
7.
"Electronic structure of Ni substituted Y(Ni1-xMx)2B2C
superconductors".
Z.Zeng, D.E.Ellis, Diana Guenzburger e E.M.B.Saitovitch.
Physical Review B 53, 6613-6621 (1996)
8.
"Density functional study of fcc iron and iron particles in copper"
Diana Guenzburger e D.E.Ellis
J. Applied Physics 8, 6429-6431 (1996)
9.
"Spin density and magnetism of rare-earth nickel borocarbides:
RENi2B2C"
Z.Zeng,D.E.Ellis, Diana Guenzburger e E.M.Baggio-Saitovitch,
Physical Review B 54, 13020-13029 (1996)
10.
"Effect of magnetism on superconductivity in rare-earth compounds
RENi2B2C"
Z.Zeng, Diana Guenzburger, D.E.Ellis e E.M.B.Saitovitch
Physica C 271 , 23-31 (1996).
11.
"Hyperfine Interaction in Layered Silicates"
Joice Terra e D. E. Ellis
Hyperfine Interactions 2, 82-88 (1997).
12.
"Electronic Structure, Chemical Bonding and Hyperfine Parameters in Layered
Silicates"
Joice Terra e D. E. Ellis
Physical Review B 56, 1834-1847 (1997).
13.
"Mössbauer Spectroscopy of 57Fe in the compounds
RE(Ni0.99Fe0.01)2B2C(RE=Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er): Theory and experiment"
Z.Zeng, D.R.Sanchez, Diana Guenzburger, D.E.Ellis, E.M.Baggio-Saitovitch e H.
Micklitz,
Physical Review B 55, 3087-3092 (1997)
14.
"Electronic structure and hyperfine properties of molecules and solids by
cluster methods"
Diana Guenzburger
Proceedings da conferência Internacional Cray-UNAM "Computational
Chemistry", "Computational Chemistry and Chemical Engineering:
Proceedings of the third Cray- UNAM supercomputing Conference", editores
G.Cisneros, J.A.Cogordan, M.Castro e C.Wang, World Scientific, Singapore (1997),
pag. 149-158.
15.
"Magnetism, chemical bonding and hyperfine properties in the nanoscale
antiferromagnet [Fe(OMe)2 (O2 CCH2Cl)]10 "
Z. Zeng, Y. Duan e Diana Guenzburger, Physical Review B 55, 12522-12528 (1997).
16.
"Chemical bonding and Mössbauer hyperfine interactions"
Diana Guenzburger
Capítulo do livro em homenagem a Jacques Danon, editado por R. Scorzelli, I.
Souza Azevedo e E. Baggio-Saitovitch, "Essays on Interdisciplinary Topics
in Natural Sciences",
Editions Frontières, Paris (1997).
17.
"Spin and magnetism of Rare Earth-Nickel borocarbides :RENi2B2C"
Z Zeng, Diana Guenzburger, D. E. Ellis e E. M. B. Saitovitch, Physica C 282-287,
1633-1634 (1997).
18.
"First-principles calculations of Mössbauer hyperfine parameters for
solids and large molecules",
Diana Guenzburger, D. E. Ellis e Z. Zeng,
Hyperfine Interactions 113, 25-36 (1998).
19.
"Hyperfine Interactions of cis and trans Octahedral Fe2+ sites in the
Layered Silicate Annite"
Joice Terra e D. E. Ellis
Journal of the American Ceramic Society 8, 465 - 468 (1998).
20.
D. Guenzburger and Z. Zeng, "Electronic structure, magnetic and hyperfine
properties in nanoscale transition-metal clusters",
Proceedings of the 9th International Conference on Modern Materials and
Technologies,
Florence, Italy (1998).
21.
"The Discrete Variational method in Density Functional theory and its
applications to large molecules and solid-state systems"
D. E. Ellis e Diana Guenzburger
Advances in Quantum Chemistry 34, 51-141 (1999)
22.
"Electronic structure, spin coupling and hyperfine properties of nanoscale
molecular magnets",
Z. Zeng, Diana Guenzburger e D. E. Ellis,
Physical Review B 59, 6927-6937 (1999)
23.
"Density Functional study of electronic, magnetic and hyperfine properties
of [M(CN)5NO]2- (M=Fe, Ru) and reduction products"
J. A. Gómez e Diana Guenzburger
Chemical Physics 253, 73-89 (2000)
24.
"First-principles calculations of magnetic and hyperfine properties of
Fe/Cu(001) multilayers"
J. A. Gómez e Diana Guenzburger
aceito para publicação em J. Mag. Magn. Materials (Proceedings ICM2000)
25.
"Fully relativistic calculations of the effect of pressure on the magnetism
of EuCo2P2"
Diana Guenzburger, D. E. Ellis e J. A. Gómez
aceito para publicação em J. Mag. Magn. Materials (Proceedings ICM2000)
26.
"Influence of conduction electrons on the magnetism of cobalt grains in a
copper matrix studied by density-functional theory" ,
J. A. Gómez e Diana Guenzburger,
Physical Review B 63, 134404-1 - 134404-10 (2001)
27.
" Configuration of CO2- radicals in g- irradiated A - type carbonated
apatites: Theory and Experimental EPR and ENDOR studies"
Delson U. Schramm, Joice Terra, Alexandre M. Rossi, e D. E. Ellis
Physical Review B 63 , 024107-1 - 024107-14 (2001)
28.
" Characterization of Electronic Structure and Bonding in Hydroxiapatite:
Zn Substitution for Ca "
Joice Terra, Ming Jiang, e D. E. Ellis
Submetido para publicação.
29.
"Electronic, magnetic and hyperfine properties of fcc Fe monolayers on
Cu(001)",
J. A. Gómez e Diana Guenzburger
Submetido a publicação
30.
"A relativistic one-electron approach to the effect of pressure on the
magnetism of EuCo2P2"
Diana Guenzburger, D. E. Ellis e J. A. Gómez
Submetido a publicação.
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