Les modèles informatiques simulent de manière efficace et précise les réponses magnétiques des ferrofluides en ne considérant que la surface du fluide.

La structure hérissée qui jaillit de la surface lisse d'un ferrofluide lorsqu'un aimant est rapproché peut être prédite avec plus de précision qu'on ne le pensait auparavant. Les chercheurs de KAUST ont montré que les algorithmes de calcul peuvent calculer la réponse hérissée du ferrofluide à un aimant en simulant uniquement la couche de surface du liquide.

Les ferrofluides sont des suspensions liquides de particules à base de fer qui se comportent comme un fluide ordinaire, mais une fois qu'un aimant est présent, le ferrofluide se déforme rapidement pour former des pointes qui s'alignent avec le champ magnétique. Développé à l'origine par la NASA, les ferrofluides ont de nombreuses utilisations allant de l'électronique de pointe à la nanomédecine et ont le potentiel d'une utilisation encore plus large, si leurs réponses magnétiques pouvaient être prédites avec plus de précision.

Dominik Michels et son équipe appliquent des simulations informatiques pour modéliser le comportement des ferrofluides. "Notre objectif est de développer un algorithme efficace et précis pour simuler les formes macroscopiques et le mouvement dynamique des ferrofluides, " dit Libo Huang, un doctorat étudiant dans l'équipe de Michels.

Récemment, en regardant le domaine plus large de la simulation des fluides, l'équipe a montré que le concept de simulation du mouvement des fluides en ne considérant que la surface du liquide peut être adapté aux ferrofluides.

« Alors que la simulation de liquide en surface uniquement fournit une plate-forme pour la simulation de fluide, son extension aux ferrofluides est importante, " dit Huang. Pour modéliser le comportement d'un fluide en se basant uniquement sur sa surface, le liquide doit répondre aux entrées d'une manière linéaire simple. La plupart des ferrofluides ont une réponse non linéaire complexe à un champ magnétique.

Cependant, l'équipe a montré que tant que le champ magnétique n'est pas trop fort, la réponse est proche de linéaire, leur permettant d'effectuer un calcul de surface uniquement de la réponse du champ magnétique.

Dans la simulation, les chercheurs ont représenté la surface liquide comme une série de triangles, Huang explique. "La représentation des ferrofluides sous forme de triangles de surface nous a permis d'estimer avec précision la courbure de l'interface liquide ainsi que la position de l'interface, " dit-il. La structure des pointes peut être simulée en calculant l'interaction entre la force magnétique et la tension superficielle du liquide.

Ne considérant que la surface du fluide, plutôt que tout son volume, rendu la simulation beaucoup plus efficace en termes de calcul, permettant une simulation plus précise du comportement complexe du ferrofluide. "Nous avons pu reproduire la distance entre les pointes du motif de pointe du fluide réel d'une manière quantitative précise, " Michels dit. "Nous pourrions simuler un mouvement dynamique beaucoup plus complexe."