Een onderzoeksteam onder leiding van Ryusuke Futamura van de Shinshu University onderzocht de reactie van magnetische ionische vloeistoffen (MIL) op magnetische velden vanuit de microscopische gezichtspunten. Magnetische vloeistoffen, die kunnen reageren op magnetische velden, kan worden gemaakt door ferromagnetische nanodeeltjes in een oplosmiddel te dispergeren. Sommige zuivere vloeistoffen die geen mengsels zijn, reageren ook op magnetische velden. Bijvoorbeeld, zuurstof is een vloeistof rond -200°C en wordt aangetrokken door magneten. In dit onderzoek, zuivere magnetische ionische vloeistoffen Emim[FeCl ₄ ] en Bmim[FeCl ₄ ] werden op microscopische schaal onderzocht. Deze vloeistoffen worden bij kamertemperatuur aangetrokken door magneten, maar Emim [FeCl ₄ ] ondergaat ook een verandering van paramagnetisch naar antiferromagnetisch gedrag bij 3,8K.

Ferromagnetisme komt voor in de objecten die mensen beschouwen als "magneten, " zoals koelkastmagneten. Magnetische atomen of ionen hebben magnetische dipolen (noord en zuid) op moleculaire schaal die met elkaar interageren en ferro- of antiferromagnetisme vertonen over een lange afstand in hun kristalstructuren. Bmim[FeCl ₄ ] kristalliseert niet, zelfs niet bij lage temperaturen, en zijn amorf, of vormloos. In deze studie werd aangetoond dat zelfs in deze amorfe toestand, er is structureel op korte afstand en verschillende magnetische ionen vormen een uitgelijnde associatiestructuur. Men denkt dat dit de reden is voor de negatieve Curie-Weiss-temperatuur, die kan worden waargenomen als een macroscopische fysieke eigenschap.

Het was moeilijk om de vorming van de vloeibare structuur van Emim[FeCl . te onderzoeken en te begrijpen ₄ ] en Bmim[FeCl ₄ ]. Vloeistoffen en amorfe objecten hebben geen geordende structuur op lange afstand, wat betekent dat structurele analyse van dergelijke materialen wordt uitgevoerd door middel van röntgenverstrooiingsmetingen gevolgd door radiale distributieanalyse. Echter, MIL's zijn binaire systemen die bestaan ​​uit kationen en anionen. Dit maakt onderzoek door gewone radiale verdelingsanalyse moeilijk. Dit is waar de hybride omgekeerde Monte Carlo (HRMC) methode heeft geholpen. Het combineerde de röntgenverstrooiingsmeting met moleculaire simulatie om de precieze coördinatiestructuren van de twee MIL duidelijk aan te tonen. Dit heeft het mogelijk gemaakt om het kation-kation, anion-anion, en kation-anion van de vloeibare structuur.

Door het gebruik van ruimtelijke verdelingsfunctieanalyse, het is mogelijk geworden om de ionencoördinatiestructuur te visualiseren. De temperatuurafhankelijkheid van de ruimtelijke verdelingsfunctie die de coördinatiestructuur van de anionen rond de kationen in de MIL laat zien, is te zien dat hoe lager de temperatuur, hoe breder de coördinatiesfeer en hoe vager de site. De onderzoekers konden de eigenschappen van stoffen die voorkomen in macroscopische fysische eigenschappen vanuit microscopisch perspectief verduidelijken.

Eerste auteur Futamura is gespecialiseerd in de nanoruimten van poreuze materialen. Hij hoopt nieuwe composietmaterialen te synthetiseren door poreuze materialen en ionische vloeistoffen te combineren. Door MIL op te sluiten in de nanoruimte van poreuze materialen, hij hoopt nieuwe functionele materialen te creëren voor verschillende toepassingen. Deze MIL worden beschouwd als organisch-anorganische hybride functionele materialen die potentieel hebben voor uitstekende chemische en fysische toepassingen.