Uma equipe de pesquisa da Universidade de Chicago propôs recentemente um novo método computacional para pesquisa de materiais que visa aprimorar a compreensão e o projeto de materiais funcionais, integrando duas perspectivas de pesquisa distintas na química quântica. O artigo científico correspondente foi publicado na revista *Nature Communications*.
A essência desse método reside no desenvolvimento de uma estrutura computacional híbrida que busca combinar a teoria de bandas, de interesse para físicos, com a descrição do comportamento eletrônico localizado, enfatizado por químicos. A autora sênior, Laura Gagliardi, professora de química, afirmou: “Por décadas, químicos e físicos têm utilizado perspectivas muito diferentes para estudar materiais. O que fizemos agora foi criar um método rigoroso que combina essas perspectivas. Isso nos fornece um novo conjunto de ferramentas para nos ajudar a compreender e, em última instância, projetar materiais com propriedades extraordinárias.”
Muitos materiais importantes, como semicondutores orgânicos e óxidos fortemente correlacionados, exibem comportamento eletrônico tanto localizado quanto deslocalizado, que os métodos computacionais tradicionais de materiais, baseados em uma única perspectiva, têm dificuldade em descrever com precisão. "Embora seja possível descrever com precisão os elétrons em fragmentos individuais, isso não permite compreender como as cargas se movem como um todo dentro do material", explicou Daniel King, coautor principal do artigo. "Nosso método resolve esse problema: ele consegue modelar fragmentos locais e capturar como os elétrons transitam entre eles."
A pesquisa se baseia em uma estrutura chamada "espaço localmente ativo" e a estende a sólidos periódicos. A equipe de pesquisa validou a eficácia desse novo método computacional de materiais simulando exemplos como cadeias de hidrogênio e junções p-n em células solares. "Como prova de princípio", disse o coautor principal e estudante de pós-graduação Bavnesh Janjid, "este é apenas o primeiro passo. Demonstramos que nosso método consegue capturar a física correta com alta precisão. Agora, esperamos integrar outros métodos avançados a essa abordagem para aprimorá-la continuamente."
Os pesquisadores preveem que esse novo método poderá se tornar uma ferramenta para dissecar os mecanismos microscópicos de materiais existentes e, potencialmente, fornecer orientação teórica para o projeto direcionado de novos materiais computacionais. Daniel King concluiu: "Todos os materiais são essencialmente mecânicos quânticos. Este é um passo importante para realmente entendermos como a mecânica quântica impulsiona as diversas propriedades que usamos em nosso dia a dia."
