Séminaire / Seminar - Sofia Kantorovich - In-silico investigations of magnetic soft matter - 13 décembre 2024

Vendredi 13 décembre 2024 à 10 h
Sorbonne Université - Campus P. et M. Curie - 4 Place Jussieu - 75005 Paris - UFR de chimie - Barre 32-42, 1er étage, pièce 101
Sofia Kantorovich, Dipolar Soft Matter Group, Faculty of Physics, Research Platform MMM “Mathematics-Magnetism-Materials” University of Vienna, Austria
Abstract
The idea of creating magnetically controllable colloids whose rheological properties can be finely tuned on the nano- or micro-scale has spurred significant experimental and theoretical efforts [1]. These efforts have led to the development of systems whose building blocks range from single magnetic nanoparticles to complexes of such nanoparticles bound together by various mechanisms. Among these, multicore particles, where individual grains possess internal magnetic anisotropy, have emerged as a particularly intriguing class of materials.
Computer simulations have proven highly effective in predicting the equilibrium properties of magnetic fluids, polymer-like magnetic structures, magnetic gels and elastomers, as well as anisotropic and anisometric magnetic particles [2-7]. While progress has been made in understanding the dynamic properties of monodisperse suspensions of magnetic nanoparticles [8], the influence of intrinsic features such as internal magnetic anisotropy on the dynamics of systems containing multicore particles, anisotropic particles, or particles embedded in polymer matrices remains an open and compelling question.
In this contribution, I will discuss the potential and limitations of coarse-grained molecular dynamics simulations combined with three complementary approaches—the egg-model [9], the hot Stoner-Wohlfarth paradigm [10], and extended dipole models [11]—to account for the magnetic nature of particles. Furthermore, I will incorporate the Lattice-Boltzmann method to include hydrodynamic effects. Special emphasis will be placed on the dynamics of multicore particles with internally anisotropic grains, as well as on the behavior of anisotropic and anisometric magnetic particles, magnetic polymer-like structures, and magnetic elastomers. These systems highlight the critical interplay between internal anisotropy and collective dipolar interactions, offering a pathway to design novel materials with tailored magnetic and rheological properties.
[1]P. Tierno, Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 23515–23528.
[2]L. Rovigatti, J. Russo and F. Sciortino, Phys. Rev. Lett., 2011, 107, 237801.
[3]R. Weeber, M. Hermes, A. M. Schmidt, C. Holm, J Phys Condens Matte, 2018, 30, 063002.
[4]D. Moatarac, Y. Xiong, O. Gang, S. S. Kantorovich, Nanoscale, 2022, 14, 11139-11151.
[5]A. Dobroserdova, M. Schümann, D. Borin, E. Novak, S. Odenbach and S. Kantorovich, Soft Matter, 2022,18, 496-506.
[6]E. V. Novak, E. S. Pyanzina, S. S. Kantorovich, J Phys Condens Matte, 2015, 27, 234102.
[7] J. G. Donaldson, E. S. Pyanzina and S. S. Kantorovich, ACS Nano, 2017, 11, 8153–8166.
[8]J. O. Sindt, P. J. Camp, S. S. Kantorovich, E. A. Elfimova, and A. O. Ivanov, Phys. Rev. E, 2016, 93, 063117.
[9] V. I. Stepanov, M. I. Shliomis, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 1991, 55, 1-8.
[10] M.A. Chuev, J. Hesse, J. Phys.: Condens. Matter, 2007, 19, 506201(18p).
[11] G. Steinbach, D. Nissen, M. Albrecht, E. Novak, P. A. Sánchez, S. S. Kantorovich S et al. Soft Matter, 2016, 12, 2737-2743.
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