IFIMUP prioriza os seus investigadores e o conhecimento evolutivo

A evolução multidisciplinar do Instituto de Física de Materiais Avançados, Nanotecnologia e Fotónica da Universidade do Porto (IFIMUP) é notória nos últimos anos, continuando a mostrar o seu valor no setor industrial, internacionalmente e através de prémios de empreendedorismo. Este ano, o foco está no Laboratório de Física para Materiais e Tecnologias Emergentes (LaPMET), contando com novas contratações de investigadores para o IFIMUP.

Perspetiva Atual: O IFIMUP começou por se dedicar à investigação da Física de materiais avançados e tendo hoje três vetores temáticos principais. Fale-nos um pouco sobre eles e que tipo de investigações são desenvolvidas em cada um?

João Araújo: O programa estratégico emerge das fortes competências técnicas e científicas do Instituto em micro e nano-fabricação, bem como as capacidades para realizar a caraterização física de materiais em condições extremas, utilizando técnicas elétricas, magnéticas, térmicas e óticas avançadas, recentemente atualizada e reforçadas através da rede de Laboratórios de Condições Extremas (NECL) que o IFIMUP lidera. Esta realidade permite desenvolver investigação em três vetores temáticos principais: Materiais Quânticos; Materiais avançados para Energia e Espectroscopias Vibracionais e de Laser Ultra- -rápidos para a Biomedicina.

Com o primeiro vetor temático sobre Materiais Quânticos, o IFIMUP alinha a sua estratégia com o novo desígnio da UE (União Europeia), na promoção dos materiais e tecnologias quânticas nas próximas décadas.

O segundo vetor temático, sobre Materiais Avançados para Energia, envolve diretamente o desafio societal da Energia Segura, Limpa e Eficiente que visa desenvolver tecnologias disruptivas para recolher energia ambiental (térmica, triboelétrica e solar), que é fundamental para a revolução em curso, por exemplo da Internet das Coisas (IoT). Neste domínio, a IFIMUP alinha-se também com as necessidades económicas regionais e nacionais, colaborando com empresas portuguesas e internacionais.

O terceiro vetor temático é uma oportunidade para a unidade de investigação contribuir com as suas competências para a área das Ciências da Vida e da Saúde, apoiado por uma forte experiência interna na área das vibrações moleculares e dos átomos em redes cristalinas, espectroscopias de gigahertz (GHz) e lasers Ultra-rápidos. Alia-se à experiência em nanopartículas magnéticas para administração local e controlada de fármacos, deteção de cancro através da espetroscopia Raman, alinhando-se também com os vetores de formação do departamento de Física e Astronomia da Universidade do Porto na formação em Física Médica ao nível de mestrado e doutoramento.

PA: Nos últimos anos a nanotecnologia passou a fazer parte da investigação do IFIMUP, o que também ajudou a criar uma linha de investigação na área da Fotónica e Ótica Quântica. Porquê o vosso interesse nesta área e quais são os principais ramos de atuação prática?

JA: Desde 2008 a investigação em Fotónica ultra-rápida ocupa um crescente lugar de relevância no nosso instituto. Isto deve-se ao facto de, nesse ano, termos integrado no IFIMUP uma equipa de investigadores liderada pelo Professor Hélder Crespo que se dedica ao desenvolvimento de sistemas de produção de impulsos laser ultra- -rápidos e de caracterização temporal destes impulsos. Estamos a falar de sistemas que permitem o estudo de fenómenos que vão da dinâmica vibracional de redes cristalinas, dinâmica magnética ou de Spin, tipicamente envolvendo fenómenos que ocorrem em tempos entre o picosegundo (10-12 s) e o femtosegunto (10-15 s) até á dinâmica eletrónica que ocorre no regime do atosegundo (10-18 s) – portanto muitíssimo mais rápida. Esta capacidade de produzir impulsos e analisar fenómenos em escalas de tempos ultracurtos é extremamente importante para o estudo da física, e em particular da Física da Matéria Condensada e dos materiais. Os desenvolvimentos alcançados pela equipa do Professor Hélder Crespo e as suas colaborações internacionais permitiram a invenção da tecnologia d-Scan para análise de impulsos ultrarrápidos, o que por consequência possibilitou a criação da Spin-off da Universidade do Porto Sphere Ultrafast Photonics. Uma das sócias fundadoras é a Professora Anne L´Hullier, prémio nobel da Física 2023.

PA: O instituto conta também com três grupos de trabalho. Qual é o papel que assumem diariamente? Qual é o fim de cada um deles?

JA: O IFIMUP conta de facto com três grupos de investigação, nomeadamente o grupo de Materiais Magnéticos Multifuncional Funcionais e Nanoestruturas, liderado por mim; o grupo de Materiais Polarizáveis e Nanoestruturas, liderado pelo Professor Joaquim Agostinho Moreira; e o grupo de Lasers Ultra-rápidos e Espectroscopia Magnetodinâmica liderado pelo Professor Hélder Crespo. Estes grupos colaboram fortemente entre si no dia-a-dia, com objetivo de contribuir, individualmente e em conjunto, para os três vetores de investigação estratégicos que mencionei anteriormente. Estes grupos contam com um conjunto de investigadores seniores, nomeadamente os professores João Ventura, André Pereira, Armandina Lopes, Gleb Kakazei, Célia Sousa, bem como um dinâmico grupo de investigadores juniores.

Contamos também com uma secção para a investigação em Ensino da Física e Divulgação de ciência, liderada pelo Professor Paulo Simeão Carvalho. Para além de promover a investigação em Ensino da Física, promove também a divulgação dos resultados científicos do instituto para o público em geral, através de programas nacionais e regionais de radiodifusão pública, portais web, boletins informativos, comunicados de imprensa e palestras públicas. Esta secção informa e envolve o público em geral na investigação e no compromisso educacional do IFIMUP.

Nesta área, uma atividade emblemática é a chamada “Escola de verão de Física”, que decorre todos os anos no início de setembro, envolvendo mais de 80 estudantes do ensino secundário que integram o departamento de Física e Astronomia durante uma semana inteira. São desenvolvidos projetos experimentais sob a supervisão de estudantes de doutoramento, no IFIMUP e outras unidades de investigação do Departamento de Física e Astronomia, como o Centro de Astrofísica da Universidade do Porto (CAUP), o Centro de Física da Universidade do Porto (CFP) e o INESC-TEC.

PA: As novas tecnologias são o futuro, contribuindo para responder aos grandes desafios que nos são colocados. A Internet das Coisas (IoT) é uma delas e na qual o IFIMUP tem atuado. De que forma o instituto trabalha para que haja uma resposta das novas tecnologias?

JA: O Instituto explora as sinergias criadas nos últimos anos para dar contributos decisivos para o desenvolvimento científico e tecnológico nacional, promovendo novas áreas de interesse tecnológico e reforçando um pipeline da ciência para o mercado. No contexto da Internet das Coisas (IoT) é de referir o papel da Spin-off InanoEnergy, iniciativa dos Professores André Pereira (CTO) e João Ventura (CEO), com cartas dadas em sistemas inovadores para a recolha de energia do ambiente (Energy Harvesting), por exemplo para energizar diferentes dispositivos em ambientes hostis/extremos. Adicionalmente as atividades do Instituto fomentam a formação avançada de recursos humanos, proporcionando um ambiente criativo e colaborativo permanente, com forte impacto na formação e inovação. O instituto, em particular através do NECL, promove a oferta de serviços de caraterização de materiais de elevada qualidade à academia e à indústria, promovendo, mais uma vez, a inovação e desenvolvimento noutras entidades.

PA: Os centros de investigação são, muitas vezes, considerados indispensáveis no setor industrial. Na prática, como é que o IFIMUP contribui para este setor?

JA: O IFIMUP desenvolve colaborações com este setor para promover a Liderança Industrial e a competitividade das empresas do Norte e do país. Destaca-se a relevância dos serviços de difração de raios-x, Raman ou SQUID prestados a empresas como a Amorim, Amkor Technology, Bosch Thermotechnology ou Balflex. Além disso, existem fortes parcerias de I&D com a LIPOR e a Águas do Porto para o desenvolvimento de geradores termoeléctricos e triboeléctricos para condições adversas/extremas. Acrescenta-se o desenvolvimento de sensores magnetostrictivos com a EQS-Engenharia, Qualidade, Segurança e Tecnologia e a caraterização de sensores de fibra ótica sob fortes campos magnéticos e baixas temperaturas a utilizar no ITER (contrato entre o ITER e a Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH). Estas atividades conduzem também a uma elevada taxa de empregabilidade dos estudantes do IFIMUP em instituições/empresas.

Destaca-se também a contribuição, para este setor, do empreendedorismo dos membros do IFIMUP: são exemplos disso os prémios internacionais de prestígio, como o “Beacons of the Photonics Industry” (Photonics Spectra), o “Repsol Foundation Entrepreneurs Fund” (Espanha), e o apoio da Agência Espacial Europeia para a criação de startups. Como já referido, foi na base de patentes nacionais e internacionais, que foram criadas as duas spin-offs (Sphere Ultrafast Photonics, InanoEnergy). Destaca-se também o prémio “Tecnologia Mais Promissora”, atribuído pela Portugal Startups, à Sphere Ultrafast Photonics com base no método d-scan desenvolvido no IFIMUP, como anteriormente mencionado.

PA: Em que projetos internacionais o IFIMUP está inserido?

JA: Para mencionar apenas alguns destaco o consórcio Volgraphy, liderado pelo professor Hélder Crespo, e em parceria com a FCUP, a Sphere Ultrafast Photonics, a Universidade de Lund e a Universidade Franche-Comte; obteve, em 2023, o selo de excelência da Comissão Europeia.

O projeto “WiPTherm- Innovative Wireless Power Devices Using micro-Thermoelectric Generators arrays”, liderado pelo Professor André Pereira, que envolve o Centi, o INESC-TEC, a Universidade de Limoges e a Universidade de Vigo, que obteve financiamento da European Union’s Horizon 2020 FET Open programme.

O Projeto “3DINTERME – Efeitos de dimensionalidade nas propriedades Físicas de Materiais Intermetálicos Magnetoestrictivos e de Tipo Heusler: Arquiteturas de 1 a 3 dimensões”, em colaboração com a Universidade de São Paulo e o projeto MAGNAMED – Novel magnetic nanostructures for medical applications, liderados pelos professores David Navas e Célia Sousa.

Também com a Universidade São Paulo, temos o projeto “FLIP- Instabilidades de rede funcionais em perovskites naturalmente estruturadas”, um projeto, liderado pela professora Armandina Lopes, que também envolve experiências no CERN-ISOLDE e cálculos ab-initio baseados na teoria do Funcional Densidade.

Por último gostaria de referir as muitas colaborações Internacionais do grupo liderado pelo professor Joaquim Agostinho Moreira para a realização de experiências em grandes infraestruturas (Large Facilities) como o ESRFEuropean Synchrotron Radiation Facility, o ILL-Institute Laue Langevin, o Paul Scherrer Institute e ISIS-Neutron and Muon source.

PA: O IFIMUP é uma unidade de investigação da Universidade do Porto a operar na Faculdade de Ciências. Que programas académicos oferecem aos alunos e qual o seu papel nos vossos projetos de investigação?

JA: O IFIMUP alinha-se e dá apoio aos vários cursos oferecidos pelo Departamento de Física e Astronomia (DFA) da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. Em particular destacam-se as Licenciaturas em Física (L:F) e a Licenciatura em Engenharia Física (LEF). Os Mestrados em Física (M:F), mestrado em Engenharia Física (MEF) e o Mestrado em Ciência e Tecnologia de Nanomateriais (M:CTN) que acolhe também o mestrado erasmus mundus Master in Surface, Electro-, Radiation, and Photo- -Chemistry (SERP+). Ao nível de doutoramento temos o MAP-Fis, Doutoramento em Física que é um programa doutoral oferecido conjuntamente pela Universidade do Minho, a Universidade de Aveiro; e a Universidade do Porto. Por último, o Programa Doutoral em Engenharia Física (PRODEF). De referir que os programas, desde a licenciatura ao doutoramento que envolvem Engenharia Física, são programas conjuntos entre a FCUP e a FEUP.

PA: Que balanço fizeram de 2023 e que projetos se destacaram?

JA: O ano de 2023 marca o fim da pandemia de Covid-19, que teve um forte impacto negativo nas atividades de investigação e desenvolvimento experimental. Assim, desde logo, o ano de 2023 foi muito positivo. Marca também o ano em que todas as infraestruturas do IFIMUP, no âmbito do projeto NECL, estiveram a funcionar em pleno, com um enorme impacto na formação de recursos humanos e desenvolvimento dos projetos em curso.

Destaco o Projeto “WiPTherm”, que finalizou a entrega dos seus resultados, tendo-se revelado um enorme sucesso. Destaca-se também o projeto “NeuroSpark” um consórcio liderado pelo professor Paulo Aguiar do I3S, com forte colaboração do IFIMUP. Foi atribuído um milhão de euros pela fundação La Caixa ao projeto denominado Estratégias inovadoras de neuromodulação para o tratamento de doenças cerebrais. O consórcio envolve também o Consejo Superior de Investigaciones Científicas -CSIC de Espanha, tendo trazido mais um projeto com financiamento internacional para o IFIMUP. Acresce o Projeto “BloodStream2Power-Blood as energy source to power smart cardiac devices”, também em colaboração i3S, liderado pela investigador Andreia Trindade Pereira, que recebeu a “L’Oréal Portugal Medals of Honor for Women in Science”. Este projeto pioneiro beneficiou da participação dos professores André pereira e João Ventura e toda a sua experiência em sistemas de recolha de energia.

PA: Estando no início de 2024, quais são as perspetivas até ao final do ano?

JA: O ano de 2024 destaca-se pelo início da execução financeira do Laboratório Associado LaPMET-Laboratório de Física para Materiais e Tecnologias Emergentes, liderado pelo IFIMUP, e que envolve o CFP/FCUP, o CFUM, Universidade do Minho e o CEFEMA, Instituto Superior Técnico. Este projeto permitirá a contratação de investigadores de carreira para o IFIMUP e outras Instituições do consórcio. O programa Tenure/FCUP, ao qual o IFIMUP concorrerá em parceria com a FCUP, é também uma iniciativa que contribuirá para redução da precariedade entre os investigadores do IFIMUP.