En forskargrupp ledd av Ryusuke Futamura vid Shinshu University undersökte reaktionen av magnetiska joniska vätskor (MIL) på magnetfält från de mikroskopiska synpunkterna. Magnetiska vätskor, som kan reagera på magnetfält, kan göras genom att sprida ferromagnetiska nanopartiklar i ett lösningsmedel. Vissa rena vätskor som inte är blandningar reagerar också på magnetiska fel. Till exempel, syre är en vätska runt -200°C och attraheras av magneter. I den här studien, rena magnetiska joniska vätskor Emim [FeCl ₄ ] och Bmim[FeCl ₄ ] undersöktes i mikroskopisk skala. Dessa vätskor attraheras av magneter vid rumstemperatur, men Emim[FeCl ₄ ] genomgår också en förändring från paramagnetiskt till antiferromagnetiskt beteende vid 3,8K.

Ferromagnetism förekommer i de föremål som människor tänker på som "magneter, "såsom kylskåpsmagneter. Magnetiska atomer eller joner har magnetiska dipoler (norr och söder) i molekylskalan som interagerar med varandra och visar ferro- eller antiferromagnetism över ett långt avstånd i sina kristallstrukturer. Bmim [FeCl ₄ ] kristalliserar inte ens vid låga temperaturer, och är amorfa, eller formlös. Det visades i denna studie att även i detta amorfa tillstånd, det finns strukturalitet på kort räckvidd och flera magnetiska joner bildar en sammanställd associationsstruktur. Detta anses vara orsaken till den negativa Curie-Weiss-temperaturen, som kan observeras som en makroskopisk fysisk egenskap.

Det var svårt att undersöka och förstå bildandet av vätskestrukturen av Emim[FeCl ₄ ] och Bmim[FeCl ₄ ]. Vätskor och amorfa föremål har inte en lång räckvidd ordnad struktur, vilket innebär att strukturanalys av sådana material utförs genom röntgenspridningsmätningar följt av radiell distributionsanalys. Dock, MIL är binära system som består av katjoner och anjoner. Detta gör undersökning med vanlig radiell distributionsanalys svår. Det var här den omvända hybridmetoden Monte Carlo (HRMC) hjälpte. Den kombinerade röntgenspridningsmätningen med molekylär simulering för att tydligt demonstrera de exakta koordinationsstrukturerna för de två MIL. Detta har gjort det möjligt att diskutera katjon-katjonen, anjon-anjon, och katjon-anjon i vätskestrukturen.

Genom att använda rumslig fördelningsfunktionsanalys, det har blivit möjligt att visualisera jonkoordinationsstrukturen. Temperaturberoendet för den rumsliga fördelningsfunktionen som visar koordinationsstrukturen för anjonerna runt katjonerna i MIL kan ses att ju lägre temperatur, desto bredare koordinationssfär och mer suddig platsen. Forskarna kunde klargöra egenskaperna hos ämnen som förekommer i makroskopiska fysikaliska egenskaper ur ett mikroskopiskt perspektiv.

Första författaren Futamura är specialiserad på nanorymderna av porösa material. Han hoppas kunna syntetisera nya kompositmaterial genom att kombinera porösa material och joniska vätskor. Genom att begränsa MIL i nanospace av porösa material, han hoppas kunna skapa nya funktionella material för olika applikationer. Dessa MIL anses organisk-oorganiska hybridfunktionella material som har potential för enastående kemiska och fysikaliska användningar.