Un potente strumento per studiare i movimenti molecolari
Tra i metodi sperimentali utilizzati per sondare la struttura molecolare e la dinamica dei materiali multicomponenti, la spettroscopia dielettrica si è evoluta in uno strumento prezioso. Attualmente, la spettroscopia dielettrica copre frequenze che vanno dai microhertz ai terahertz, consentendo lo studio di una moltitudine di fenomeni in soluzioni acquose, compositi polimerici e cristalli ferroelettrici. Fino al progetto SIDIS (Simulation of dielectric spectra), finanziato dall’UE, si utilizzavano le simulazioni di dinamica molecolare standard, per studiare gli spettri di costante dielettrica. I metodi avanzati in grado di affrontare gli importanti processi responsabili dei picchi relativi agli spettri, limitati in un dato lasso di tempo, non avevano ancora fatto la loro strada nella spettroscopia dielettrica a banda larga. Nell’ambito del progetto SIDIS, i ricercatori hanno cercato di colmare tale lacuna integrando le classiche simulazioni di dinamica molecolare con tecniche di campionamento avanzate, al fine di esplorare eventi rari in modo efficiente. Nello specifico, nei loro studi su glicerolo e miscele di fluidi ionici/acqua e sale vetrificabili, hanno combinato metadinamica e rinvenimento parallelo. Il primo team ha analizzato gli spettri dielettrici di nove comuni modelli per l’acqua al fine di fornire una guida nella scelta di quello più adatto. Qualitativamente, tutti i modelli possono riprodurre le caratteristiche principali dello spettro. Tuttavia, alcuni modelli hanno dimostrato di essere più adatti per approssimare la costante dielettrica e altri parametri come la frequenza di rilassamento. Portando tali risultati alla fase successiva, i ricercatori SIDIS hanno sviluppato un nuovo approccio alle simulazioni di dinamica molecolare per determinare l’abbassamento della costante dielettrica quando viene aggiunto il sale. Essi hanno dimostrato che questo cambiamento è causato da un accoppiamento ionico. Inoltre, è stato chiarito il collegamento microscopico tra coppie di ioni e comparsa di specifiche caratteristiche negli spettri dielettrici delle soluzioni saline. Inoltre, utilizzando simulazioni di dinamica molecolare di non-equilibrio, i ricercatori sono stati in grado di calcolare il decremento presente in concentrazioni di sale non accessibili con gli approcci convenzionali. Molti chimici, fisici e scienziati dei materiali si aspettano che le ricerche effettuate nel corso del progetto SIDIS facilitino l’uso della spettroscopia dielettrica.
Parole chiave
Costante dielettrica, simulazioni di dinamica molecolare, spettroscopia dielettrica, accoppiamento ionico
