Anisotropia magnética em complexos de Ni(II): descritores estruturais e eletrônicos para modelos preditivos de aprendizado de máquina

Descrição

A anisotropia magnética é propriedade central dos nanomagnetos moleculares. Diferentemente dos ímãs convencionais, dependentes do ordenamento cooperativo de spins em sólidos estendidos, sistemas como Single-Ion Magnets (SIMs) podem concentrar a resposta magnética em uma unidade molecular ou em um único centro metálico. A anisotropia resulta da interação entre campo ligante, estrutura eletrônica, acoplamento spin-orbita e desdobramento de campo zero (ZFS). Sua predição quantitativa depende de métodos multirreferenciais, como CASSCF/NEVPT2, com inclusão do acoplamento spin-orbita e mapeamento a um Hamiltoniano de Spin Efetivo para extração da componente axial D [2,4]. Como esses protocolos têm custo elevado, descritores de menor custo podem servir como ponte entre química quântica e modelos preditivos de aprendizado de máquina (ML na sigla em inglês) [1]. Este projeto aplica essa agenda a complexos de Ni(II), centro d8 sensível à geometria local e ao campo ligante. A proposta se apoia na trajetória recente do proponente em química computacional aplicada ao magnetismo molecular, incluindo estudo anterior em que descritores obtidos por DFT foram correlacionados a valores de D de qualidade multirreferencial em complexos de Co(II) [1]. Co(II) foi a prova de conceito; Ni(II) é a etapa seguinte. O projeto será desenvolvido no Q2M3, Grupo de Pesquisa em Química Quântica de Magnetismo e Materiais Moleculares, como recorte formativo de uma linha voltada à predição de anisotropia magnética. Estruturas de Ni(II) com coordenação 4, 5 e 6 serão investigadas por DFT, com extração de descritores estruturais, como distâncias e ângulos M-L, índices de geometria e simetria local, e eletrônicos, como separações de orbitais d, populações de spin e energias orbitais. A seleção priorizará sistemas paramagnéticos, mantendo ambientes diamagnéticos apenas quando úteis como contraste estrutural. Um subconjunto reduzido será tratado por CASSCF/NEVPT2 com acoplamento spin-orbita e mapeamento ao Hamiltoniano de Spin Efetivo, fornecendo referência para D [4-6]. A análise descritor-propriedade identificará variáveis interpretáveis e organizará uma base curada para modelos de ML futuros. Viabilidade executiva: o recorte é contido, com um único íon metálico, coordenação 4, 5 e 6, DFT como método principal e CASSCF/NEVPT2 apenas em subconjunto seletivo. As etapas estão graduadas por complexidade crescente, adequadas à IC e aos 12 meses da bolsa. Rotinas próprias do proponente serão reaproveitadas. Fonte de financiamento: a execução será sustentada por recursos computacionais acessíveis ao proponente por meio de colaborações, projetos e ambientes externos, além de plataformas abertas quando adequadas. A bolsa PIBIC solicitada constitui o apoio financeiro direto à formação do(a) discente, sem dependência de insumos laboratoriais específicos. Entregas previstas: (i) conjunto curado de complexos de Ni(II) com descritores padronizados; (ii) tendências entre geometria, campo ligante, estrutura eletrônica e anisotropia; (iii) base reutilizável em modelos de ML; (iv) formação em estrutura eletrônica, química de coordenação, magnetismo molecular e prática computacional reprodutível.