Magnetisk væskestruktur belyst gennem hybrid omvendt Monte Carlo-simulering

Et forskerhold ledet af Ryusuke Futamura fra Shinshu University undersøgte reaktionen af ​​magnetiske ioniske væsker (MIL) på magnetiske felter fra mikroskopiske synspunkter. Magnetiske væsker, som kan reagere på magnetiske felter, kan fremstilles ved at sprede ferromagnetiske nanopartikler i et opløsningsmiddel. Nogle rene væsker, der ikke er blandinger, reagerer også på magnetiske fejl. For eksempel, oxygen er en væske omkring -200°C og tiltrækkes af magneter. I dette studie, rene magnetiske ioniske væsker Emim[FeCl ₄ ] og Bmim[FeCl ₄ ] blev undersøgt i mikroskopisk skala. Disse væsker tiltrækkes af magneter ved stuetemperatur, men Emim[FeCl ₄ ] gennemgår også en ændring fra paramagnetisk til antiferromagnetisk adfærd ved 3,8K.

Ferromagnetisme forekommer i de genstande, folk tænker på som "magneter, " såsom køleskabsmagneter. Magnetiske atomer eller ioner har magnetiske dipoler (nord og syd) i molekylskalaen, der interagerer med hinanden og viser ferro- eller antiferromagnetisme over lang afstand i deres krystalstrukturer. Bmim[FeCl ₄ ] krystalliserer ikke selv ved lave temperaturer, og er amorfe, eller formløs. Det blev vist i denne undersøgelse, at selv i denne amorfe tilstand, der er strukturalitet i det korte område, og flere magnetiske ioner danner en tilpasset associationsstruktur. Dette menes at være årsagen til den negative Curie-Weiss temperatur, som kan observeres som en makroskopisk fysisk egenskab.

Det var vanskeligt at undersøge og forstå dannelsen af ​​den flydende struktur af Emim[FeCl ₄ ] og Bmim[FeCl ₄ ]. Væsker og amorfe genstande har ikke en langtrækkende ordnet struktur, hvilket betyder, at strukturanalyse af sådanne materialer udføres gennem røntgenspredningsmålinger efterfulgt af radialfordelingsanalyse. Imidlertid, MIL'er er binære systemer bestående af kationer og anioner. Dette gør undersøgelse ved almindelig radialfordelingsanalyse vanskelig. Det var her den hybride reverse Monte Carlo (HRMC) metode hjalp. Den kombinerede røntgenspredningsmålingen med molekylær simulering for klart at demonstrere de præcise koordinationsstrukturer af de to MIL. Dette har gjort det muligt at diskutere kation-kationen, anion-anion, og kation-anion af den flydende struktur.

Ved brug af rumlig fordelingsfunktionsanalyse, det er blevet muligt at visualisere ionkoordinationsstrukturen. Temperaturafhængigheden af ​​den rumlige fordelingsfunktion, der viser koordinationsstrukturen af ​​anionerne omkring kationerne i MIL, kan ses, at jo lavere temperatur, jo bredere koordinationssfæren og mere slørede stedet. Forskerne var i stand til at klarlægge karakteristika for stoffer, der optræder i makroskopiske fysiske egenskaber fra et mikroskopisk perspektiv.

Førsteforfatter Futamura har specialiseret sig i nanospaces af porøse materialer. Han håber at syntetisere nye kompositmaterialer ved at kombinere porøse materialer og ioniske væsker. Ved at begrænse MIL i nanorummet af porøse materialer, han håber at skabe nye funktionelle materialer til forskellige applikationer. Disse MIL betragtes som organisk-uorganiske hybridfunktionelle materialer, der rummer potentiale for fremragende kemiske og fysiske anvendelser.