Una herramienta de gran utilidad para el estudio de los movimientos moleculares
Uno de los métodos experimentales utilizados para examinar la estructura molecular y la dinámica de los materiales con muchos componentes que se ha convertido en una herramienta muy importante es la espectroscopia dieléctrica. En la actualidad, la espectroscopia dieléctrica cubre frecuencias que se inician desde los microhertz hasta los terahertz, y así es posible estudiar muchos fenómenos en soluciones acuosas, compuestos de polímeros y cristales ferroeléctricos. Hasta la puesta en marcha del proyecto financiado por la Unión Europea SIDIS (Simulation of dielectric spectra), se emplearon simulaciones de dinámica molecular estándar para investigar el espectro de la constante dieléctrica. En espectroscopia dieléctrica de banda ancha, aún no se han diseñado métodos avanzados que puedan estudiar procesos importantes responsables de los picos en el espectro pero en un espacio de tiempo limitado. En el proyecto SIDIS los científicos se propusieron cumplir este objetivo complementando las simulaciones clásicas de la dinámica molecular con técnicas de muestreo mejoradas con el fin de investigar eventos raros de forma eficiente. Específicamente, en sus estudios de mezclas de líquido iónico y agua y sales y glicerol formador de vidrio, combinaron la metadinámica y el atemperado en paralelo. En primer lugar, el equipo de trabajo analizó el espectro dieléctrico de nueve modelos populares para el agua, con el fin de orientar hacia la selección del más adecuado. Desde el punto de vista cualitativo, todos los modelos pueden replicar las características más importantes del espectro. No obstante, algunos modelos demostraron ser más adecuados para imitar la constante dieléctrica y otros parámetros como la frecuencia de relajación. Los científicos de SIDIS proyectaron estas conclusiones a la siguiente etapa, y diseñaron un nuevo estudio de simulaciones de dinámica molecular para determinar la disminución de la constante dieléctrica cuando se añade sal. Demostraron que este cambio ocurre por los pares de iones. También se aclaró la relación microscópica entre los pares de iones y el aspecto de características específicas en el espectro dieléctrico de las soluciones salinas. Además, con simulaciones de la dinámica molecular fuera del equilibrio, los científicos registraron la disminución de las concentraciones de sal que no era posible apreciar con los estudios convencionales. Se espera que la investigación realizada en el marco del proyecto SIDS contribuya a un uso más general de la espectroscopia por parte de los químicos, físicos y los técnicos de materiales.
Palabras clave
Constante dieléctrica, simulaciones de dinámica molecular, espectroscopia dieléctrica, pares de iones
