Título do projeto
Melhorando a performance de uma nanomáquinca: um convite à termodinâmica estocástica – vídeo da apresentação final
Tutor
Fernando Francisco Silva Filho
Estudantes
Gustavo Capilla Campoy
Júlia Sobral Coutinho
Maria Fernanda Ferreira Bento
Mirella Maria Cidade Ferrari
Descrição do projeto
Neste projeto, introduziremos a termodinâmica estocástica partindo de um exemplo que, apesar de simples, é riquíssimo em suas propriedades termodinâmicas: máquina de quantum-dot com dois estados de ocupação, que é um sistema composto por dois reservatórios de férmions em contato com um sistema que assume apenas uma ocupação por vez. Em equilíbrio, esse sistema obedece a estatística de Fermi-Dirac, porém, se as temperaturas e os potenciais químicos dos reservatórios forem diferentes, o sistema estará constantemente fora do equilíbrio, apresentando uma corrente de fermions de um reservatório a outro. Podemos estudar o quão eficiente esse transporte de partículas é usando a termodinâmica estocástica. Este tipo de sistema é modelado como uma cadeia de Markov e suas propriedades termodinâmicas são estudadas por meio de métodos estocásticos. Desta forma, estudamos a influência das flutuações térmicas no sistema, que são muito influentes em escalas pequenas. No final, conseguimos estudar diversos protocolos de maximização que nos permite diminuir a dissipação de energia e melhorar a performance desse ciclo em termos de grandezas controladas experimentalmente. No final, os estudantes terão conhecido métodos básicos da termodinâmica contemporânea, com diversas aplicações envolvendo ciclos termodinâmicos naturais presentes no interior das células de seres vivos (máquinas moleculares, ciclos de hidrólise de ATP) e artificiais, presentes na nanotecnologia.
Sobre o tutor
Formei-me em Física (bacharelado) pelo Instituto de Física de São Carlos, na USP. Mestre em Física pelo Instituto de Física (USP). Atualmente sou doutorando pela mesma instituição. Trabalho com mecânica estatística de não equilíbrio, mais precisamente em termodinâmica estocástica, estudando a perfomance de nanomáquinas compostas por transporte de quantum dots e por partículas brownianas sujeitas a forças externas, abordando (teoricamente) estratégias para controle de dissipações nesses sistemas. Também pesquiso transições de fases fora do equilíbrio e estudo a emergência de efeitos coletivos em máquinas compostas por spins interagentes e a sua influência na performance do sistema.
Gosto de discutir sobre questões interdisciplinares e como a física estatística contribue com elas, como por exemplo em biofísica, dinâmica populacional, econofísica, entre outros tópicos.