Fluctuations électriques : une source d’information sur les processus microscopiques

Temps de relaxation RMN et fluctuations du gradient de champ électrique

La relaxométrie RMN (Relaxation Magnétique Nucléaire) est un outil puissant pour explorer la structure et la dynamique des liquides. Nous utilisons les simulations moléculaires pour analyser les fluctuations du gradient de champ électrique ressenti par les noyaux, qui déterminent le temps de relaxation RMN T1 et T2 des noyaux quadrupolaires. Nous nous intéressons plus particulièrement à la dynamique de l’eau autour des ions alcalins et alcalino-terreux en solution, ainsi qu’à la dynamique d’ions dans les verres silicatés.

• Financements : ENS, ERC SENSES
• PHENIX : Mathieu Salanne, Antoine Carof
• Collaborations : Thibault Charpentier (CEA)

Publications choisies

• Accurate Quadrupolar NMR Relaxation Rates of Aqueous Cations from Classical Molecular Dynamics
  A. Carof, M. Salanne, T. Charpentier et B. Rotenberg, J. Phys. Chem. B, 118, 13252 (2014).
• On the microscopic fluctuations driving the NMR relaxation of quadrupolar ions in water
  A. Carof, M. Salanne, T. Charpentier, B. Rotenberg, J. Chem. Phys., 143, 194504 (2015).
• NMR Relaxation Rates of Quadrupolar Aqueous Ions from Classical Molecular Dynamics Using Force-Field Specific Sternheimer Factors
  I. Chubak, L. Scalfi, A. Carof, B. Rotenberg, J. Chem. Theory Comput., 17, 6006 (2021)
• Quadrupolar ²³Na⁺ NMR Relaxation as a Probe of Subpicosecond Collective Dynamics in Aqueous Electrolyte Solutions
  I. Chubak, L. Alon, E. Silletta, G. Madelin, A. Jerschow, and B. Rotenberg. Nature Commun., 14, 84 (2023)

Fluctuations de charge dans les condensateurs

Les fluctuations de la charge d’un condensateur, pour peu que l’on sache les interpréter, contiennent des informations que la structure et la dynamique microscopique de l’interface électrode-électrolyte. Nous avons récemment montré l’intérêt de l’analyse de ces fluctuations dans des simulations moléculaires pour calculer la capacité différentielle et étudier l’évolution de l’interface avec le potentiel. Ceci ouvre de nombreuses perspectives et nous souhaitons développer cette approche pour différents problèmes dans les années qui viennent.

• Financement : ANR, France-Berkeley Fund, ERC SENSES
• PHENIX : M. Salanne
• Collaborations : David Chandler (Berkeley), Paul Madden (Oxford), Céline Merlet (Cambridge), David Limmer (Princeton), Rene van Roij (Utrecht)

Publications choisies

• Charge Fluctuations in Nanoscale Capacitors
  D.T. Limmer, C. Merlet, M. Salanne, D. Chandler, P.A. Madden, R. van Roij et B. Rotenberg , Phys. Rev. Lett., 111, 106102 (2013)
• The Electric Double Layer Has a Life of Its Own
  C. Merlet, D.T. Limmer, M. Salanne, R. van Roij, P.A. Madden, D. Chandler et B. Rotenberg, J. Phys. Chem. C, 118, 12891 (2014).
• Charge fluctuations from molecular simulations in the
  constant-potential ensemble
  L. Scalfi, D.T. Limmer, A. Coretti, S. Bonella, P.A. Madden, M. Salanne,
  B. Rotenberg Phys. Chem. Chem. Phys., 22, 10480 (2020)
• Field-dependent ionic conductivities from generalized
  fluctuation-dissipation relations
  D. Lesnicki, C.Y. Gao, B. Rotenberg, D.T. Limmer, Phys. Rev. Lett., 124, 206001 (2020)
• Microscopic origin of the effect of substrate metallicity on interfacial free energies
  L. Scalfi, B. Rotenberg, PNAS, 118 e2108769118 (2021)