Colóquios e Seminários

Journal Club: “Extended OFT+U+V method with on-site and inter-site electronic interactions”

A generalization of the popular DFT+U method based on the extended Hubbard model that includes on-site and inter-site electronic interactions is presented. The generalized corrective Hamiltonian is designed to study systems for which electrons are not completely localized on atomic states and hybridization between orbitals from different sites plays an important role. The application of the the extended functional to archetypal Mott-chargetransfer (NiO) and covalently bonded insulators (Si and GaAs) deminstrates its versatility and the possiblity to obtain a unifying and equally accurate description for a broad range of very diverse systems.

Seminário do Grupo de Biofísica: “Synchrotron Radiation Circular Dichroism Spectroscopy of Proteins”

Synchrotron Radiation Circular Dichroism (SRCD) spectroscopy is an emerging method in Structural Biology which is enabling many exciting new applications in biology and chemistry. It can provide information on molecular structure and function that is complementary to other methods such as crystallography, electron microscopy, SAXS and NMR spectroscopy, as it enables examination of the secondary and tertiary structures and dynamics of molecules in solution. It has thus far been used to study a variety of proteins, carbohydrates, nucleic acids and nanomaterials in different environments (solutions, hydrated films, membranes, micelles, suspensions, crystallisation conditions, and emulsions).

SRCD beamlines are now operational at synchrotrons across Europe and Asia (China, Taiwan, Japan, the UK, Denmark, Germany and France) although there are as yet no such beamlines in the Americas.

I will describe the advantages of SRCD (as compared to the well-established method of circular dichroism spectroscopy using lab-based instruments) due to the high UV and VUS light flux provided by the synchrotron: collection of data to lower wavelengths (resulting in increased information content), improved signal-to-noise levels (enabling the measurement of subtle static and dynamic changes), measurements in the presence of absorbing components (buffers, salts, lipids, and detergents and under physiological conditions), and fast dynamic measurements for kinetics studies.

I will then discuss examples of the use of SRCD (including collaborative studies we have done with Brazilian investigators) for studying protein structures, macromolecular complex formation, thermal stability, protein folding and unfolding, mutations in proteins associated with disease states, drug binding (including its potential as a drug development screen), and characterisation of natively disordered proteins that do not crystallise.

Hence this talk will describe how SRCD spectroscopy represents a novel physics-based method that can provide important and exciting new static and dynamic structural information for the biological, chemical and material sciences.

Café com física: “Atividade espontânea e avalanches em dinâmica neural”

Os progressos tecnológicos em computação e instrumentação científica nas duas últimas décadas abriram importantes linhas de pesquisa em Neurociência. O notável aumento na capacidade de aquisição e processamento de sinais eletrofisiológicos tem levado a um “dilúvio de dados” cuja interpretação é desafiadora e exige abordagens teórico/computacionais. Neste seminário, vou discutir algumas investigações que vêm sendo desenvolvidas nesse contexto, enfatizando em particular algumas abordagens que sugerem (i) que conceitos de criticalidade da física estatística podem ser relevantes na análise de “avalanches” de atividade neural e (ii) que, em algumas situações, os padrões estatísticos de respostas estimuladas de redes neurais podem ser praticamente independentes da natureza dos estímulos, de modo que a atividade espontânea desses redes (determinada por sua topologia) pode ser preditiva para algumas de suas propriedades funcionais (sob estímulo).

Seminário do Grupo de Óptica: “Água, luz, cargas e engenharia”

Apesar de ser comum e parte fundamental da nossa vida, a água ainda tem muitos mistérios e aplicações a serem obtidas dela e com ela. O seminário faz uma visita a certos aspectos encontrados na interface da água com outros meios, como metais, géis ou orgânicos. Além da existência de uma região chamada Camada Dupla (Double Layer) nessas interfaces, originadas do potencial eletroquímico das substâncias, ocorre também a formação de uma zona adicional denominada de Zona de Exclusão (Exclusion Zone). Nesta última se mostra a formação de uma estrutura ordenada da água dando lugar a propriedades de caráter sólido e líquido e motivou a denomina-la de uma quarta fase da água,. A partir daí vem a verificação de fenômenos interessantes e das possíveis aplicações práticas e estimulam a busca de outras novas.

Seminário Grupo Fotônica: “Optochemically organized filaments of light: from WaveguIDe Encoded…”

Optochemical organization is a powerful single-step route that employs low-intensity incandescent light to generate complex, optically functional 3-D polymer architectures. In this technique, we exploit the instability of broad light beams in photopolymerizing media and their spontaneous division into large populations (> 10, 000 cm-3) of self-trapped filaments. Each filament is a microscopic thread of light, which inscribes a polymer channel – a multimode waveguide – along its path. By employing multiple, spatially modulated beams, we can corral filaments into a richly diverse collection of lattices with square, near-cubic, simple cubic, BCC and woodpile geometries.

This seminar highlights two recently developed applications of our approach to optochemical organization. The first is a WaveguIDe Encoded Intersecting (WIDEI) lattice – which like an insect’s compound eye – possesses a significantly enhanced field of view. Because they are fabricated in flexible, robust photopolymer media, WIDEI lattices could serve as intelligent encapsulants of light-harvesting devices or light-shaping conformal coatings on LEDs. More generally, this approach opens pathways to a fundamentally new generation of planar, flexible, thin film optics that can capture, steer, guide, transmit and focus light. The second application exploits the interactions of optochemically organizing filaments to elicit the spontaneous transfer of information between light beams and develop a new technology to encode optical data.

Filosofísica: “O que é filosofia da ciência?” e “Indutivismo do método científico”

Os seminários de hoje são parte de uma série de dez discussões ligadas aos temas mais centrais da Filosofia da Ciência. Nessa segunda, os tópicos 1 e 2, “O que é Filosofia da Ciência” e “Indutivismo e método científico”. No primeiro veremos um panorama geral do que é a área acadêmica de Filosofia da Ciênca, as principais discussões e desafios, bem como uma breve análise histórica dos temas. No segundo tópico, teremos o início do conteúdo de fato das discussões, delineando o cenário teórico anterior aos principais pensadores modernos da área e apresentando a principal concepção de Ciência que está associada ao senso comum.

Filosofísica: “O que é ciência? E como fazer essa pergunta”

O que é Ciência? Você já fez essa pergunta? Mais do que isso, já tentou respondê-la seriamente?

Neste seminário discutiremos, sob a luz dos trabalhos de John M. Ziman, um dos tópicos mais centrais da Filosofia da Ciência, os chamados ‘critérios de demarcação’. Tentaremos, aqui, mais do que responder à questão inicial, entender qual seria o melhor modo de formulá-la.

Seminário do Grupo de Óptica: “Ultra-cold atomic systems: polar molecules and quantum correlations”

This talk is divided into two parts: in the first part I will present our experimental set-up in Nottingham towards the realisation of mixtures of cold molecules, and in the second part I will show our recent theoretical results on genuine tripartite entanglement in Bose-Einstein condensates.

Polar Molecules

The research field of ultra-cold molecules has grown in the last decade bringing many researchers to investigate the unique properties of these fascinating systems. Their additional internal degrees of freedom compared to the atoms, make ultra-cold molecules suitable candidates for the study of new physical phenomena with an impact on a large variety of fields, including atomic, molecular and optical physics, chemistry, quantum information science and quantum simulations, condensed matter physics and cosmology. Our goal is to realise lithium-caesium mixtures, which are especially interesting with respect to studying stationary and mobile impurities, transport measurements and exotic phases in optical lattices. I will present details of our optical and vacuum set-up, and discuss the state of the art of our experiment. I will furthermore present a proposal for a scheme to create and manipulate cold polar molecules close to the surface of an atom chip. I will give details of the required magnetic field to ramp the molecules over the Feshbach resonance and show that it is possible to polarise them by apply a potential between the chip surface and a copper ring placed below it.

Quantum Correlations

We investigate the genuine multipartite nonlocality of three-mode Gaussian states of continuous variable systems. For pure states, we present a simplified procedure to obtain the maximum violation of the Svetlichny inequality based on displaced parity measurements, and we analyze its interplay with genuine tripartite entanglement measured via Rényi-2 entropy. The maximum Svetlichny violation admits tight upper and lower bounds at fixed tripartite entanglement. As an example, we study a system represented by a Bose-Einstein condensate interacting with a ring cavity field in the presence of a strong off-resonant pumping laser. The state of this system can be described by a three-mode Gaussian state, where two are the atomic modes corresponding to atoms populating upper and lower momentum sidebands and the third mode describes the scattered cavity field light. We show that, as a consequence of the collective atomic recoil lasing mechanism, the state of the system exhibits genuine tripartite entanglement and nonlocality, which can be revealed by a robust violation of the Svetlichny inequality when performing displaced parity measurements.

Seminário: “Andreev reflexion and Spin Hall effect at the interface between HgTe/CdTe quantum wells”

The quantum spin Hall (QSH) states are novel electronic phases which are characterized by topological invariants rather than by spontaneously broken symmetries. QSH states are distinguished from ordinary insulators by the presence of conducting edge or surface states surrounding an insulating bulk. These protected boundary states were experimentally confirmed in HgTe quantum wells (QW). In this talk, I will present two aspects of transport through a junction between a doped HgTe QW and an s-wave superconductor. First, I will show how Andreev reflection (AR) processes can be used to probe the topological phase of the HgTe QW. Second, I will discuss the existence of a spin Hall effect (SHE) at the interface of the junction and will show how it is related to the coexistence of propagating and evanescent modes at the interface.

Journal club: “Ciência na idade média: mitos e preconceitos”

Serão descritas as conclusões que conduziram a pesquisa do docente Rogério Trajano sobre a evolução científica no período medieval e contrastará informações concretas que ele conseguiu obter com as noções modernas sobre procedimentos e visão da natureza antes de Descartes.

Café com física: “Observando flutuações quânticas e criando demônios de Maxwell…

Produção de entropia é um fato ubíquo da natureza; acontece invariavelmente em uma diversidade de circunstancias, impondo limites para aplicações tecnologias, processamento de informação, processos biológicos, etc… Este fenômeno é ainda mais provocativo a nossa intuição sobre irreversibilidade em contextos fora (longe) do equilíbrio. Neste caso a observação de flutuações de energia são fundamentais para a descrição de quantidades termodinâmicas tais como: trabalho, calor e entropia. Estas quantidade são governadas por relações de flutuação que recentemente foram experimentalmente verificadas em sistemas quânticos. O desenvolvimento de técnicas de controle coerente associados a Ciência da Informação Quântica nos permitiram acessar tais flutuações e testar suas consequências no laboratório. Neste seminário discutiremos avanços em direção ao que tem recebido o nome de “Termodinâmica Quântica”. Em particular, apresentaremos uma plataforma experimental, empregando técnicas de Ressonância Magnética Nuclear (NMR), onde flutuações quânticas (em sistemas fora do equilíbrio) podem ser observadas e estudadas. Mostraremos também a implementação de uma Máquina Térmica Quântica constituída de um único spin-1/2. Em microescala é possível observar produção negativa de entropia em uma historia particular do sistema. Embora a Segunda Lei continue sendo verificada na média na media de todas as historias, é possível observar “violações aparentes”. O acesso a estatística de distribuição de entropia (que temos em nosso experimento) nos permite atuar como um demônio de Maxwell. Podemos, por exemplo, pós-selecionar a(s) historia(s) que nos interessam ao custo de introduzir memória (clássica ou quântica). Mostraremos como implementar tal demônio em nossa plataforma, consequências para Segunda Lei e as perspectivas em “single-shot thermodynamics”. Por fim, discutiremos algumas tendências futuras e problemas em aberto nesta emergente e instigante linha de investigação.

Seminário da Biofotônica: “O papel do Consultor Científico em pesquisas na área de saúde”

Neste seminário a consultora científica da multinacional da área farmacêutica Novartis abordará tópicos como o suporte científico interno e externo (medical experts e centros de referência), suporte na elaboração e desenvolvimento de projetos de pesquisa de iniciativa do investigador, programas educacionais, pesquisa clínica e desenvolvimento de novos medicamentos. Conhecimentos importantes tanto para os pesquisadores que estão na Academia, como os que realizam P&D nas empresas.

Café com física: “Quantum phase transitions and disorder”

Phase transitions are fascinating phenomena in nature with consequences ranging from the large scale structure of the universe to exotic quantum phases at low temperatures. Many realistic systems contain impurities, defects and other forms of quenched disorder. This talk explores the consequences of such randomness on the properties of phase transitions. At zero-temperature quantum phase transitions, randomness can have particularly peculiar and strong effects. Often, rare strong disorder fluctuations and the rare spatial regions that support them dominate the physics close to the transition. They give rise to strong singularities in the free energy, the so-called quantum-Griffiths singularities, In some systems such as metallic magnets, the effects of rare fluctuations can be even stronger, leading to a destruction of the phase transition by smearing. These general results are illustrated using experiments in transition metal alloys and heavy fermion systems.

Seminário do Grupo de Óptica: “Fototerapia,Terapia Fotodinâmica e Diagnóstico por Fluorescência”

A fototerapia tem sido realizada para promover saúde e estética. Quando a fototerapia é associada com um fotossensibilizador é conhecida como terapia fotodinâmica. Além de diversos tratamentos, as técnicas ópticas são utilizadas para diagnóstico. Neste seminário, serão abordadas diversas técnicas ópticas, como a fototerapia para remodelamento muscular, estética corpórea e facial, bem como a terapia fotodinâmica e uso de pele artificial para inativação de micro-organismo e reparação tecidual; além de novas perspectivas da espectroscopia por fluorescência no diagnóstico “point of care” de alterações no metabolismo de cálcio em dentes e sua possível relação com o estado gestacional e com a osteoporose.

Filosofísica: “A teoria semântica de Tarski”

Explicaremos o que é uma teoria semântica e discutiremos o interesse e as motivações de tratar a verdade como uma noção puramente semântica, definida apenas em termos de coisas próprias da linguagem. Tal abordagem colocará o problema de definir satisfatoriamente a expressão “sentença verdadeira” em moldes bem distintos daqueles em que o problema é comumente tratado na filosofia, onde normalmente as respostas a essa questão estão comprometidas com concepções da realidade. Mostraremos como uma solução é possível com a teoria semântica de Alfred Tarski, expondo-a em linhas bem gerais, e não técnicas, além de algumas de suas consequências e possíveis aplicações.

Seminário do Grupo de Óptica: “Imaging Techniques for Plankton Detection”

A tremendous technological progress in both digital image acquisition and processing has occurred in recent years with the development of new tools for automatic plankton detection and recognition. Nevertheless, considerable challenges persist because body sizes and morphologies are extremely variable within plankton communities. It is virtually impossible to acquire plankton images covering a wide size range with a single optical system, due to inherent physical constraints.

Nowadays the techniques based on the 2D imaging for characterizing size and shapes of organisms are fast, but suffer from limited depth of focus imposed by the required magnification. Consequently, captured images contain blurred and out of focus objects limiting the successful application of image analysis. Digital in-line lens less holography is a promising tool for monitoring sample in liquid environment.

From the hardware point of view, the compactness of the setup and the deep of focus free represent the major advantages in comparison with all the microscopy techniques. Many cameras with different recording speed, pixel resolution and size of the detector available on the market can satisfy the customer application requirements. All these features converge in the direction of a compact on board instrument and on site preliminary analysis. In this context, a key point is the software for the 3D reconstruction.

Miming a commercial digital camera, we firstly engineered our optical setup. In parallel, we developed a novel ergonomic interface to provide scientist not fully experienced in the field of holography with a user-friendly observation tool for oceanographic applications. We present here our preliminary promising results in terms of resolution (focal distance) and processing speed.

Filosofísica: “Yes! Nós temos Ciência”

Este seminário irá abordar como se constituiu historicamente a comunidade científica brasileira, desde sua herança colonial portuguesa até as grandes instituições de pesquisa e de fomento. Nosso interesse está nos elementos culturais que tornam nossa produção acadêmica única. Quem a faz, para quem, como e com quais intuitos serão debatidos ao longo de toda a exposição.