Ferrofluides, avec leur affichage envoûtant de pointes changeantes de forme, sont une exposition préférée dans les émissions scientifiques. Ces exemples accrocheurs de champs magnétiques en action pourraient devenir encore plus spectaculaires grâce à un travail informatique qui capture leur mouvement.

Une équipe de recherche du KAUST a maintenant développé un modèle informatique du mouvement des ferrofluides qui pourrait être utilisé pour concevoir des affichages de ferrofluides encore plus grandioses. Le travail est un tremplin vers l'utilisation de la simulation pour informer l'utilisation des ferrofluides dans un large éventail d'applications pratiques, comme la médecine, acoustique, matériaux absorbant les radars et nanoélectronique.

Les ferrofluides ont été développés par la NASA dans les années 1960 comme moyen de pomper des carburants à faible gravité. Ils comprennent des particules magnétiques nanométriques de composés chargés de fer en suspension dans un liquide. En l'absence de champ magnétique, les ferrofluides possèdent une surface parfaitement lisse. Mais lorsqu'un aimant est rapproché du ferrofluide, les particules s'alignent rapidement avec le champ magnétique, formant l'aspect hérissé caractéristique. Si un objet magnétique est placé dans le ferrofluide, les pointes grimperont même sur l'objet avant de redescendre en cascade.

Parce que le comportement des ferrofluides peut être contre-intuitif, la simulation est le moyen idéal pour comprendre leur mouvement complexe. (Regardez la simulation ici.) Jusqu'à présent, cependant, les modèles ont eu plusieurs limitations, dit Libo Huang, un doctorat étudiant dans le Computational Sciences Group de Dominik Michels au sein du Visual Computing Center de la KAUST.

Le premier défi était d'éliminer les singularités dans le champ magnétique des modèles existants, dit Huang. Les modèles précédents géraient généralement la simulation de champ magnétique à l'aide d'aimants infiniment petits. Plus deux aimants sont rapprochés, plus l'attraction magnétique est forte - ainsi, si un aimant est infiniment petit, l'intensité du champ magnétique peut devenir infiniment grande. "Le centre d'un aimant infiniment petit s'appelle sa singularité, " dit Huang. Non seulement le champ magnétique est difficile à mesurer au centre de l'aimant, mais si deux singularités se rapprochent, les forces deviennent si importantes que la simulation peut s'écraser. "Nous avons dérivé des formules pour éliminer les singularités et créer des schémas numériques beaucoup plus robustes, " dit Huang.

L'équipe a également trouvé des moyens d'augmenter l'efficacité de calcul en réduisant la complexité algorithmique, permettant d'exécuter des simulations plus importantes. Lorsque l'équipe a comparé son modèle avec des expériences en laboratoire humide, il reproduisait le véritable comportement dynamique du ferrofluide, donnant une bonne représentation qualitative qui sera utile pour la conception de sculptures en ferrofluide. "Cela ouvre la porte à d'autres analyses quantitatives, " Dit Huang. Augmenter encore la précision du modèle fournirait de nouvelles informations sur le comportement fondamental des ferrofluides et conduirait à de nombreuses nouvelles utilisations, des capteurs et commutateurs électroniques aux miroirs déformables pour les télescopes avancés.