SIEX - Sistema de Informações de Extensão

Plano de ensino: Tópico 1: Interações da radiação com a matéria. Fótons, nêutrons e partículas carregadas. Poder de freamento, seção de choque, reações, excitação e ionização, potenciais efetivos. Instalação dos programas SRIM/CASINO. Tópico 2 : Estrutura da matéria. Átomos, cristais, moléculas. Defeitos cristalinos. Modificação e caracterização de materiais com feixes de partículas carregadas. Exemplos de aplicação. Tópico 3 : Simulação de interações de elétrons. Uso do software CASINO. Raios-X característicos, elétrons secundários, elétrons retro-espalhados e catodoluminescência. Exercícios propostos. Tópico 4 : Simulação de interações de íons. Uso do software SRM-TRIM. Consulta de base de dados. Alcance, straggling e dano. Gráficos de ionização, dano e posição. Materiais compostos, multi-camadas. Modos de cálculo monocamada e full cascade. Exemplos de aplicação. Tópico 5 : Simulação de interações de íons. Uso do software SRIM-TRIM. Biblioteca de materiais. Geração de arquivo de entrada e automação de cálculos. Arquivos de saída. Sputtering e implantação iônica com TRIDYN.}

Objetivos e Resultados Esperados: Objetivos O Minicurso "Simulação usando o SRIM-TRIM e CASINO" tem como objetivo capacitar os(as) participantes a utilizar os recursos de alguns dos softwares mais comuns para a simulação de interação de partículas carregadas em materiais, com foco na análise e modificação em escala nanométrica. Resultados Esperados Ao final do minicurso, espera-se que os(as) alunos(as) tenham adquirido os conhecimentos necessários sobre a interação da radiação com a matéria, de forma a motivá-los a utilizar os programas SRIM-TRIM e CASINO. Além disso, espera-se que todos os exemplos e exercícios propostos contribuam para o treinamento prático na utilização desses códigos computacionais. Também se espera que os(as) participantes explorem as funcionalidades adicionais dos programas e adaptem os recursos conforme suas necessidades de estudo no futuro. A autoavaliação final tem como objetivo entender como os(as) alunos(as) avaliam seu aprendizado após o minicurso, além de identificar pontos a serem aprimorados para as próximas edições.

Justificativas: O avanço da nanotecnologia em áreas como dispositivos eletrônicos, sistemas micro e nano-eletromecânicos, filmes finos, superfícies funcionais, óptica, entre outras, destaca a importância do domínio de métodos de modificação e caracterização de materiais em escala nanométrica como um diferencial competitivo para os profissionais que atuam na área. No Brasil, inúmeros laboratórios e indústrias utilizam partículas carregadas aceleradas para análise e modificação de materiais. Elétrons são aplicados em irradiações para alterar propriedades de polímeros e em técnicas de microscopia eletrônica (de varredura e transmissão). Já os íons são amplamente empregados em análises diversas (como PIXE, RBS, ERDA, MEIS e SIMS), implantação de íons em semicondutores, produção de filmes finos, micro e nanofabricação, entre outros processos \cite{}. A aplicação eficaz dessas técnicas, em campos tão variados quanto física, engenharia, química e biologia, exige um conhecimento sólido sobre as interações de partículas carregadas aceleradas com materiais. As simulações computacionais desempenham um papel fundamental nesse contexto, oferecendo não apenas uma melhor visualização dos conceitos, mas também resultados quantitativos que auxiliam no planejamento de experimentos e na análise de dados. O minicurso proposto tem como objetivo introduzir os estudantes e profissionais a essa área do conhecimento e fornecer ferramentas práticas que possam apoiá-los em sua trajetória acadêmica-profissional e aperfeiçoamento, especialmente no uso de partículas carregadas aceleradas.

Metodologias: O Minicurso "Simulação usando o SRIM-TRIM e CASINO" consistirá em aulas expositivas. O formato é presencial na UNIFESP/campus Diadema. O curso será divido em três etapas. A etapa inicial do curso será feita uma introdução ao assunto, a revisão da teoria e de resultados experimentais conhecidos para a interação de partículas carregadas com a matéria, apresentando conceitos como seção de choque, poder de freamento e transferência de energia, excitação e ionização, potenciais de interação, discordâncias cristalinas e seus efeitos nas propriedades dos materiais. As aplicações tecnológicas serão apresentadas, com diversos exemplos, em especial na área de física e engenharia de materiais. Ao final, um tutorial de instalação dos softwares será disponibilizado. A próxima etapa do curso será focada no uso do software CASINO de simulação de feixes de elétrons em materiais para auxílio na interpretação de dados de microscopia eletrônica. Após uma introdução geral às funcionalidades e resultados do programa, alguns exemplos avançados serão apresentados de maneira e solidificar os conceitos aprendidos na primeira etapa. Por fim, exercícios em conjunto serão conduzidos com os participantes. Na etapa final, as interações de íons com a matéria serão simuladas por meio do software SRIM-TRIM. Dentre os aspectos que serão abordados, destacam-se: perda de energia de íons no meio material, straggling, implantação iônica, sputtering e geração de defeitos. Exemplos simples serão utilizados para ilustrar os fenômenos descritos e as funcionalidades do programa, seguidos de exercícios propostos em aula. Ao final desta etapa, exemplos de utilização mais avançados serão apresentados. O Minicurso "Simulação usando o SRIM-TRIM e CASINO" incluirá uma autoavaliação para coletar informações dos participantes e aprimorar continuamente seu conteúdo e metodologia. A certificação será concedida àqueles que alcançarem no mínimo 75$\%$ de frequência e participarem das tarefas propostas durante as aulas.

Conteúdo programático com responsáveis pedagógicos por tema/assunto - aula ou grupo de aulas: Tópico 1: Interações da Radiação com a Matéria 1 Fótons, nêutrons e partículas carregadas: mecanismos de interação com a matéria. 2 Poder de freamento, seção de choque e reações de excitação e ionização. 3 Estudo dos potenciais efetivos envolvidos nas interações. Tópico 2: Estrutura da Matéria 1 Propriedades fundamentais dos átomos, cristais e moléculas. 2 Defeitos cristalinos e seus efeitos nas interações com radiação. 3 Modificação e caracterização de materiais com feixes de partículas carregadas. 4 Exemplos de aplicações em diferentes áreas da ciência e tecnologia. Tópico 3: Simulação de Interações de Elétrons com o Software CASINO 1 Introdução ao uso do software CASINO para simulação de interações de elétrons. 2 Análise de raios-X característicos, elétrons secundários, elétrons retroespalhados e catodoluminescência. 3 Estudo dos efeitos dessas interações em materiais alvo. Tópico 4: Simulação de Interações de Íons com o Software SRIM-TRIM 1 Introdução ao software SRIM-TRIM para simulação de interações de íons com materiais. 2 Consulta a bases de dados para a análise de interações com diferentes materiais. 3 Estudo de parâmetros como alcance, straggling e danos causados pelas interações. 4 Análise de gráficos de ionização, dano e posição em materiais compostos e multicamadas. 5 Modos de cálculo monocamada e full cascade. Tópico 5: Avanços na Simulação de Íons com o Software SRIM-TRIM 1 Utilização avançada da biblioteca de materiais do SRIM-TRIM. 2 Geração de arquivos de entrada e automação de cálculos. 3 Interpretação dos arquivos de saída e sua aplicação prática. 4 Estudo do fenômeno de sputtering e implantação iônica utilizando o módulo TRIDYN.

Referências (bibliográficas e outras): Ziegler, J. F., Biersack, P. J., & Ziegler, M. D.. The stopping and range of ions in matter. Pergamon Press (2008). Drouin, D., Fontaine, M., & Kwiatkowski, M. (2007). CASINO: A fast and easy-to-use simulation tool for electron-surface interactions. *Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 156-158, 38-43.

Modo e critérios da avaliação de aproveitamento: O aproveitamento do curso será avaliado a partir dos exercícios propostos em sala de aula e na frequência dos alunos.

Estratégias de Divulgação: A divulgação do minicurso será realizada de três modos: (i) {\bf Presencial}: por meio de pôsteres fixados em locais apropriados na UNIFESP, nos institutos de exatas da USP e da UNICAMP, além de outras universidades privadas; (ii) {\bf E-mail}: será enviado um pedido de divulgação à Sociedade Brasileira de Física (SBF) e à Sociedade Brasileira de Astronomia (SAB); (iii) {\bf Redes sociais}: a divulgação será feita nos stories das principais redes sociais do Brasil, como Facebook e Instagram, para alcançar um público mais amplo. Além disso, haverá uma chamada no banner da página do Programa de Pós-Graduação em Física - PPG-FIS/UNIFESP.

Recursos didáticos: As aulas serão predominantemente expositivas, com o uso de recursos multimídia, como apresentações de slides, vídeos e animações, para ilustrar conceitos-chave e facilitar a compreensão dos conteúdos. Além disso, serão utilizadas ferramentas interativas para promover a participação ativa dos alunos e enriquecer o aprendizado. Cada aluno deverá trazer seu notebook para a instalação dos programas SRIM e CASINO, que serão utilizados durante as atividades práticas. Os alunos deverão utilizar esses programas para realizar os exercícios propostos, aplicando os conceitos aprendidos de forma prática e interativa.

Ementa: O curso aborda as interações da radiação com a matéria, incluindo fótons, nêutrons e partículas carregadas, e explora conceitos como poder de freamento, seção de choque, reações de excitação e ionização, além de potenciais efetivos. A estrutura da matéria é discutida a partir dos átomos, cristais e moléculas, com foco nos defeitos cristalinos e na modificação e caracterização de materiais por feixes de partículas carregadas, ilustrando exemplos de aplicação em diferentes contextos. A simulação de interações de elétrons é introduzida por meio do uso do software CASINO, abordando a geração de raios-X característicos, elétrons secundários, elétrons retro-espalhados e catodoluminescência. Em seguida, a simulação de interações de íons é explorada com o uso do software SRIM-TRIM, incluindo consulta a bases de dados, análise de alcance, straggling e danos, além da geração de gráficos sobre ionização, danos e posições. A aplicação de SRIM-TRIM em materiais compostos e multicamadas é discutida, considerando os modos de cálculo monocamada e full cascade. Finalmente, o curso abrange a biblioteca de materiais do software SRIM-TRIM, a geração de arquivos de entrada, a automação de cálculos e a interpretação dos arquivos de saída, com ênfase em sputtering e implantação iônica utilizando o TRIDYN.