Mackenzista cria algoritmo que acelera simulações computacionais de transporte eletrônico  

28 de marzo de 2024 | Na Lupa Pesquisa e Inovação Universidade Destaque

Um algoritmo criado por um mackenzista permitiu um cálculo de simulações computacionais de materiais com propriedades eletrônicas até 220 vezes mais veloz do que os atuais algoritmos utilizados para este tipo de cálculo. A descoberta pode ajudar em pesquisas que analisam as capacidades eletrônicas dos materiais e encontrar soluções para nanomateriais de forma mais rápida.

O algoritmo é fruto da pesquisa do agora doutor Santiago Giménez de Castro, que fez seu doutorado junto ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação da Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM). A tese do mackenzista foi focada na simulação computacional de transporte eletrônico em nanoestruturas, que teve como título Fast Fourier-Chebyshev Approach to Real-Space Simulations of the Kubo Formula. O trabalho contou com a orientação do professor Dario Bahamon.

Em entrevista ao Na Lupa, Castro contou que nomeou o algoritmo de FastCheb. Segundo ele, o algoritmo acelera enormemente simulações de Kernel Polynomial Method (KPM) para transporte eletrônico. As simulações são de 10 a 220 vezes mais rápido com o FastCheb do que o KPM tradicional. Esta margem aumenta na medida em que se incrementa a resolução da simulação. A descoberta chave foi perceber que um dos passos do método tradicional é análogo a um sinal digital, e que, portanto, pode ser avaliado por meio de uma técnica de processamento de sinal altamente eficiente, a Fast Fourier Transform (FFT), em português, Transformadas Rápidas de Fourier. 

Para entender como o FastCheb funciona, é preciso compreender o conceito de transporte eletrônico. A área estuda os processos e efeitos sofridos pelos elétrons no seu trajeto dentro de um dispositivo eletrônico. Com a diminuição do tamanho desses dispositivos, fenômenos quânticos como confinamento e tunelamento, tornam-se importantes.  

“Compreender o movimento dos elétrons é essencial para o aprimoramento de dispositivos nanoeletrônicos, visando melhor desempenho, eficiência energética e a incorporação de novas funcionalidades. Isto contribui para avanços em áreas como eletrônica, computação quântica e nanotecnologia”, explica o orientador de Castro, professor Dario Bahamon.

“Calcular propriedades eletrônicas de nanodispositivos é desafiador porque nesta escala o comportamento dos elétrons é o de uma onda e, portanto, exige uma abordagem puramente quântica. Meu trabalho traz avanços em um método chamado KPM”, destaca Santiago.  

Ao longo do doutorado, Gimenez divulgou suas descobertas em diversos artigos. Em um deles, abordou a eficiência numérica do método subjacente ao primeiro trabalho, o Kernel Polynomial Method (KPM). Através da aplicação de Transformadas Rápidas de Fourier (FFT), foi possível melhorar significativamente o desempenho do KPM para cálculos de transporte 

O KPM serve para simular computacionalmente nanodispositivos realistas, sendo capaz de incluir todo tipo de desordem e impurezas que ocorreriam dentro de um dispositivo real. O custo dessa descrição tão fiel à realidade é muito alto: a simulação deve considerar cada átomo do dispositivo individualmente. 

Santiago acredita que a descoberta impactará futuras pesquisas. “Simulações mais rápidas significam que o pesquisador consegue explorar um número muito maior de possíveis materiais e propriedades do que antes era possível. É um enorme contraste com relação ao método tradicional, em que o tempo escala quadraticamente em função da resolução”. 

Para Castro, o apoio e a infraestrutura da UPM foram essenciais para seu projeto. “O apoio do Mackenzie foi fundamental para o desenvolvimento de todo meu trabalho. Sou grato ao meu orientador Dario Bahamon. Quanto à infraestrutura, grande parte dos cálculos do paper foram desenvolvidos no MackCloud, que tem cluster destinado a computação de alto desempenho”. 

Durante o período de estudos, realizou o doutorado sanduíche, um programa de bolsas que permite intercâmbio, na University of York (Reino Unido) onde especializou-se no desenvolvimento de técnicas de simulação para nanoestruturas, resultando em duas importantes contribuições acadêmicas na área.

Na opinião do professor Dario Bahamon, um doutorado bem-sucedido traz uma série de benefícios tangíveis e intangíveis, além de prestígio para a universidade no cenário acadêmico nacional e internacional. “A pesquisa do Santiago produziu dois artigos em revistas internacionais de alto impacto, especificamente o segundo trabalho publicado na Physical Review Letters, uma revista de muito prestígio, desenvolveu um método inovador que reduz significativamente o tempo de cálculo numérico, além do que programas de doutorado de destaque atraem estudantes talentosos e motivados”. 

As descobertas feitas a partir da pesquisa de Santiago Castro foram publicadas em periódicos renomados, como Physical Review B e Physical Review Letters, consideradas publicações de ponta no mundo da física.

Notícias Relacionadas

CCT realiza 2º Encontro Internacional de Direitos Humanos de Campinas

Evento é uma parceria com o Centro de Direitos Humanos da Universidade de Coimbra

Campus Campinas

Inscrições para 7ª edição do Incluir Direito são prorrogadas

Interessados podem se inscrever até o dia 10 de abril

Responsabilidade Social

Ação de Páscoa leva arte para crianças da pediatria

Famílias ganharam de presente as telas pintadas pelos próprios pacientinhos

Hospital Paraná

Pesquisa mackenzista propõe novo método para investigar explosões estelares

Artigo foi publicado em importante periódico britânico e busca aplicar cálculo de explosões solares em outros astros do universo

Pesquisa e Inovação

Pesquisa mackenzista desenvolve aparelho voltado para fisioterapia respiratória

Projeto tem potencial para revolucionar recuperação de pacientes em tratamento pulmonar.

Na Lupa

MackPesquisa expande atuação para todos os mackenzistas

Edital 2021 de Projeto de Pesquisa está com inscrições abertas até dia 30 de setembro

Eventos

Pesquisa de professora mackenzista mostra relação entre saúde mental e questões sociais

Trabalho desenvolvido pela docente procurou analisar impactos de programas sociais na vida de crianças e adolescentes

Atualidades

Compartilhe nas Redes Sociais
Acontece

Lançamento de livros encerra a Semana Pedagógica e dá início às comemorações dos 150 anos

| Acontece

No dia 31 de janeiro, sexta-feira, a Editora Mackenzie lançou os livros Dicionário enciclopédico de instituições protestantes no Brasil: instituições…


150 anos: o Mackenzie e sua relação com a cidade de São Paulo

| Acontece

Em 29 de janeiro, aconteceu a mesa 150 anos e as cidades de São Paulo - memória e futuro, durante a XVII Semana de Preparação Pedagógica, no Auditório…


Semana Pedagógica inicia as comemorações dos 150 anos

| Acontece

Em 27 de janeiro teve início, na Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM), campus Higienópolis, a XVII Semana de Preparação Pedagógica (SPP), ação…



Calendário de Atividades

Posse do Chanceler

O reverendo Robinson Grangeiro toma posse e assume a Chancelaria do Mackenzie, em cerimônia realizada no Auditório Escola Americana, campus Higienópolis,…


Semana de Preparação Pedagógica UPM

Para dar boas-vindas aos professores no ano de 2020, a Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM), por meio da reitoria, realiza a XVII Semana de…


Livro Cartas de Princípios

A Editora Mackenzie lança, no auditório Ruy Barbosa, do campus Higienópolis, o livro Cartas de Princípios: 2000-2019, organizado pela Chancelaria do…


Programa de rádio

Durante 2020, que marca os 150 anos do Mackenzie, a Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM) transmitirá ao vivo, às segunda-feiras, o podcast,…


Lançamento dos livros: Dicionário Enciclopédico de Instituições Protestantes no Brasil: Instituições Educacionais

O livro "Dicionário Enciclopédico de Instituições Protestantes no Brasil: instituições educacionais", organizado por Lidice Meyer Pinto Ribeiro, Alderi…


Combates pela História Religiosa: Reforma e Protestantismo na visão de Émile Léonard

No dia 31 de janeiro, no auditório Ruy Barbosa, no campus Higienópolis do Mackenzie, acontece o lançamento da obra "Combates pela história religiosa:…


Lançamento Podcast 150 anos

O professor e jornalista Alvaro Bufarah recebe personalidas ligadas às diversas áreas do Mackenzie para um bate-papo de 30 minutos no podcast. A…


Posse do Reitor

No dia 10 de fevereiro, Marco Tullio de Castro Vasconcelos toma posse como reitor da Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM), assumindo o lugar de…


Mesa de Inovação e Empreendedorismo

No dia 05 de março, a Universidade Presbiteriana Mackenzie realiza a mesa de debates "O Conhecimento Científico e Tecnológico e a Inovação: desafios e…



Projeto Reescrever

A Gerência de Responsabilidade Social e Filantropia (GERSF), por meio do Mackenzie Voluntário, realiza o Projeto Re-escrever, que tem como objetivo apoiar…


Diálogos Comunitários

Rev. Robinson Grangeiro Monteiro e Eduardo Abrunhosa


+ Calendário de Atividades