We study a united-atom model of the ionic liquid 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethyl)sulfonylamide to determine to what extent there exist curves in the phase diagram along which the microscopic dynamics are invariant when expressed in dimensionless, or reduced, form. The initial identification of these curves, termed isodynes, is made by noting that contours of reduced shear viscosity and reduced self-diffusion coefficient coincide to a good approximation. Choosing specifically the contours of reduced viscosity as nominal isodynes, further simulations were carried out for state points on these, and other aspects of dynamics were investigated to study their degree of invariance. These include the mean-squared displacement, shear-stress autocorrelation function, and various rotational correlation functions. These were invariant to a good approximation, with the main exception being rotations of the anion about its long axis. The dynamical features that are invariant have in common that they are aspects that would be relevant for a coarse-grained description of the system; specifically, removing the most microscopic degrees of freedom in principle leads to a simplification of the potential energy landscape, which allows for the existence of isodynes.

1.
A.
Tölle
,
H.
Schober
,
J.
Wuttke
,
O.
Randl
, and
F.
Fujara
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
2374
(
1998
).
2.
C.
Alba-Simionesco
,
A.
Cailliaux
,
A.
Alegria
, and
G.
Tarjus
,
Europhys. Lett.
68
,
58
(
2004
).
3.
R.
Casalini
and
C. M.
Roland
,
Phys. Rev. E
69
,
062501
(
2004
).
4.
Transport Properties of Fluids: Their Correlation, Prediction and Estimation
, edited by
J.
Millat
,
J. H.
Dymond
, and
C. A.
Nieto de Castro
(
Cambridge University Press
,
1996
), ISBN: 978-0-521-46178-8.
5.
C. M.
Roland
,
S.
Hensel-Bielowka
,
M.
Paluch
, and
R.
Casalini
,
Rep. Prog. Phys.
68
,
1405
(
2005
).
6.
K.
Niss
and
T.
Hecksher
,
J. Chem. Phys.
149
,
230901
(
2018
).
7.
K. L.
Ngai
,
R.
Casalini
,
S.
Capaccioli
,
M.
Paluch
, and
C. M.
Roland
,
J. Phys. Chem. B
109
,
17356
(
2005
).
8.
K.
Adrjanowicz
,
J.
Pionteck
, and
M.
Paluch
,
RSC Adv.
6
,
49370
(
2016
).
9.
K.
Ngai
and
M.
Paluch
,
J. Non-Cryst. Solids
478
,
1
(
2017
).
10.
H. W.
Hansen
,
A.
Sanz
,
K.
Adrjanowicz
,
B.
Frick
, and
K.
Niss
,
Nat. Commun.
9
,
518
(
2018
).
11.
H. W.
Hansen
,
B.
Frick
,
S.
Capaccioli
,
A.
Sanz
, and
K.
Niss
,
J. Chem. Phys.
149
,
214503
(
2018
).
12.
N.
Gnan
,
T. B.
Schrøder
,
U. R.
Pedersen
,
N. P.
Bailey
, and
J. C.
Dyre
,
J. Chem. Phys.
131
,
234504
(
2009
).
13.
T. B.
Schrøder
and
J. C.
Dyre
,
J. Chem. Phys.
141
,
204502
(
2014
).
14.
J. C.
Dyre
,
J. Phys. Chem. B
118
,
10007
(
2014
).
15.
C. M.
Roland
,
Macromolecules
43
,
7875
(
2010
).
16.
F.
Hummel
,
G.
Kresse
,
J. C.
Dyre
, and
U. R.
Pedersen
,
Phys. Rev. B
92
,
174116
(
2015
).
17.
N. P.
Bailey
,
U. R.
Pedersen
,
N.
Gnan
,
T. B.
Schrøder
, and
J. C.
Dyre
,
J. Chem. Phys.
129
,
184507
(
2008
).
18.
T. B.
Schrøder
,
N. P.
Bailey
,
U. R.
Pedersen
,
N.
Gnan
, and
J. C.
Dyre
,
J. Chem. Phys.
131
,
234503
(
2009
).
19.
S.
Pawlus
,
M.
Paluch
,
J.
Ziolo
, and
C. M.
Roland
,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
332101
(
2009
).
20.
L. A.
Roed
,
D.
Gundermann
,
J. C.
Dyre
, and
K.
Niss
,
J. Chem. Phys.
139
,
101101
(
2013
).
21.
M.
Romanini
,
M.
Barrio
,
R.
Macovez
,
M. D.
Ruiz-Martin
,
S.
Capaccioli
, and
J. L.
Tamarit
,
Sci. Rep.
7
,
1346
(
2017
).
22.
Y.-L.
Wang
,
B.
Li
,
S.
Sarman
,
F.
Mocci
,
Z.-Y.
Lu
,
J.
Yuan
,
A.
Laaksonen
, and
M. D.
Fayer
,
Chem. Rev.
120
,
5798
(
2020
).
23.
C. M.
Roland
,
S.
Bair
, and
R.
Casalini
,
J. Chem. Phys.
125
,
124508
(
2006
).
24.
A. S.
Pensado
,
A. A. H.
Pádua
,
M. J. P.
Comuñas
, and
J.
Fernández
,
J. Phys. Chem. B
112
,
5563
(
2008
).
25.
M.
Paluch
,
S.
Haracz
,
A.
Grzybowski
,
M.
Mierzwa
,
J.
Pionteck
,
A.
Rivera-Calzada
, and
C.
Leon
,
J. Phys. Chem. Lett.
1
,
987
(
2010
).
26.
E. R.
López
,
A. S.
Pensado
,
M. J.
Comuñas
,
A. A.
Pádua
,
J.
Fernández
, and
K. R.
Harris
,
J. Chem. Phys.
134
,
144507
(
2011
).
27.
M.
Paluch
,
E.
Masiewicz
,
A.
Grzybowski
,
S.
Pawlus
,
J.
Pionteck
, and
Z.
Wojnarowska
,
J. Chem. Phys.
141
,
134507
(
2014
).
28.
Z.
Wojnarowska
,
G.
Jarosz
,
A.
Grzybowski
,
J.
Pionteck
,
J.
Jacquemin
, and
M.
Paluch
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
20444
(
2014
).
29.
K. R.
Harris
and
M.
Kanakubo
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
17
,
23977
(
2015
).
30.
M.
Paluch
,
Z.
Wojnarowska
,
P.
Goodrich
,
J.
Jacquemin
,
J.
Pionteck
, and
S.
Hensel-Bielowka
,
Soft Matter
11
,
6520
(
2015
).
31.
Z.
Wojnarowska
,
L.
Tajber
, and
M.
Paluch
,
J. Phys. Chem. B
123
,
1156
(
2019
).
32.
K. R.
Harris
and
M.
Kanakubo
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
24
,
14430
(
2022
).
33.
K. R.
Harris
,
M.
Kanakubo
,
D.
Kodama
,
T.
Makino
,
Y.
Mizuguchi
,
Y.
Suzuki
, and
T.
Watanabe
,
J. Chem. Eng. Data
68
,
549
(
2023
).
34.
H. W.
Hansen
,
F.
Lundin
,
K.
Adrjanowicz
,
B.
Frick
,
A.
Matic
, and
K.
Niss
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
22
,
14169
(
2020
).
35.
P. A.
Knudsen
, Ph.D. thesis,
Roskilde University
,
2022
.
36.
P. A.
Knudsen
,
K.
Niss
, and
N. P.
Bailey
,
J. Chem. Phys.
155
,
054506
(
2021
).
37.
I. H.
Bell
,
R.
Fingerhut
,
J.
Vrabec
, and
L.
Costigliola
,
J. Chem. Phys.
157
,
074501
(
2022
).
38.
S. A.
Khrapak
and
A. G.
Khrapak
,
Phys. Rev. E
103
,
042122
(
2021
).
39.
S. A.
Khrapak
and
A. G.
Khrapak
,
J. Phys. Chem. Lett.
13
,
2674
(
2022
).
40.
D. M.
Heyes
,
D.
Dini
,
S.
Pieprzyk
, and
A. C.
Brańka
,
J. Chem. Phys.
158
,
134502
(
2023
).
41.
T. B.
Schrøder
,
U. R.
Pedersen
,
N. P.
Bailey
,
S.
Toxvaerd
, and
J. C.
Dyre
,
Phys. Rev. E
80
,
041502
(
2009
).
42.
L. V.
Woodcock
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
348
,
187
(
1976
).
43.
J. M.
Young
,
I. H.
Bell
, and
A. H.
Harvey
,
J. Chem. Phys.
158
,
024502
(
2023
).
44.
R.
Macías-Salinas
and
J.
Gross
,
Fluid Phase Equilib.
574
,
113897
(
2023
).
45.
J. C.
Dyre
,
J. Chem. Phys.
149
,
210901
(
2018
).
46.
A.
Saliou
,
P.
Jarry
, and
N.
Jakse
,
Phys. Rev. E
104
,
044128
(
2021
).
47.
J.
Jin
,
K. S.
Schweizer
, and
G. A.
Voth
,
J. Chem. Phys.
158
(3), 034103 (2023).
48.
J. P.
Ewen
,
C.
Gattinoni
,
F. M.
Thakkar
,
N.
Morgan
,
H. A.
Spikes
, and
D.
Dini
,
Materials
9
,
651
(
2016
).
49.
W. L.
Jorgensen
,
J.
Chandrasekhar
,
J. D.
Madura
,
R. W.
Impey
, and
M. L.
Klein
,
J. Chem. Phys.
79
,
926
(
1983
).
50.
W. L.
Jorgensen
and
J.
Tirado-Rives
,
J. Am. Chem. Soc.
110
,
1657
(
1988
).
51.
W. L.
Jorgensen
,
D. S.
Maxwell
, and
J.
Tirado-Rives
,
J. Am. Chem. Soc.
118
,
11225
(
1996
).
52.
S. V.
Sambasivarao
and
O.
Acevedo
,
J. Chem. Theory Comput.
5
,
1038
(
2009
).
53.
B.
Doherty
,
X.
Zhong
,
S.
Gathiaka
,
B.
Li
, and
O.
Acevedo
,
J. Chem. Theory Comput.
13
,
6131
(
2017
).
54.
J. N.
Canongia Lopes
and
A. A. H.
Pádua
,
J. Phys. Chem. B
108
,
16893
(
2004
).
55.
H.
Xing
,
X.
Zhao
,
Q.
Yang
,
B.
Su
,
Z.
Bao
,
Y.
Yang
, and
Q.
Ren
,
Ind. Eng. Chem. Res.
52
,
9308
(
2013
).
56.
W. D.
Cornell
,
P.
Cieplak
,
C. I.
Bayly
,
I. R.
Gould
,
K. M.
Merz
,
D. M.
Ferguson
,
D. C.
Spellmeyer
,
T.
Fox
,
J. W.
Caldwell
, and
P. A.
Kollman
,
J. Am. Chem. Soc.
118
,
2309
(
1996
).
57.
Z.
Liu
,
S.
Huang
, and
W.
Wang
,
J. Phys. Chem. B
108
,
12978
(
2004
).
58.
W. L.
Jorgensen
,
J. D.
Madura
, and
C. J.
Swenson
,
J. Am. Chem. Soc.
106
,
6638
(
1984
).
59.
60.
A. K.
Giri
and
E.
Spohr
,
J. Mol. Liq.
228
,
63
(
2017
).
61.
N.
Bailey
,
T.
Ingebrigtsen
,
J. S.
Hansen
,
A.
Veldhorst
,
L.
Bøhling
,
C.
Lemarchand
,
A.
Olsen
,
A.
Bacher
,
L.
Costigliola
,
U.
Pedersen
et al,
SciPost Phys.
3
,
038
(
2017
).
62.
C.
Xu
and
Z.
Cheng
,
Processes
9
,
337
(
2021
).
63.
J. O.
Valderrama
,
L. A.
Forero
, and
R. E.
Rojas
,
Ind. Eng. Chem. Res.
51
,
7838
(
2012
).
64.
K. R.
Harris
,
L. A.
Woolf
,
M.
Kanakubo
, and
T.
Rüther
,
J. Chem. Eng. Data
56
,
4672
(
2011
).
65.
J. P.
Hansen
and
I. R.
McDonald
,
Phys. Rev. A
11
,
2111
(
1975
).
66.
67.
J. H.
Dymond
,
Int. J. Thermophys.
18
,
303
(
1997
).
68.
Note 1, the contourfunction in the Matplotlib Python library.
69.
A. Z.
Panagiotopoulos
,
J. Phys.: Condens. Matter
17
,
S3205
(
2005
).
70.
U.
Balucani
and
M.
Zoppi
,
Dynamics of the Liquid State
(
Clarendon Press
,
Oxford
,
1994
), ISBN: 9780198517399.
71.
T.
Köddermann
,
R.
Ludwig
, and
D.
Paschek
,
ChemPhysChem
9
,
1851
(
2008
).
72.
M.
Kanakubo
,
K. R.
Harris
,
N.
Tsuchihashi
,
K.
Ibuki
, and
M.
Ueno
,
J. Phys. Chem. B
111
,
2062
(
2007
).
73.
H.
Liu
and
E.
Maginn
,
J. Chem. Phys.
135
,
124507
(
2011
).
74.
J. C.
Araque
,
S. K.
Yadav
,
M.
Shadeck
,
M.
Maroncelli
, and
C. J.
Margulis
,
J. Phys. Chem. B
119
,
7015
(
2015
).
75.
L.
Costigliola
,
D. M.
Heyes
,
T. B.
Schrøder
, and
J. C.
Dyre
,
J. Chem. Phys.
150
,
021101
(
2019
).
76.
R.
Zwanzig
,
J. Chem. Phys.
79
,
4507
(
1983
).
77.
R.
Zwanzig
and
A. K.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
83
,
5861
(
1985
).
78.
N. H.
March
and
M. P.
Tosi
,
Phys. Rev. E
60
,
2402
(
1999
).
79.
N. H.
March
and
J. A.
Alonso
,
Phys. Rev. E
73
,
032201
(
2006
).
80.
J. C. M.
Li
and
P.
Chang
,
J. Chem. Phys.
23
,
518
(
1955
).
81.
R. E.
Meyer
and
N. H.
Nachtrieb
,
J. Chem. Phys.
23
,
1851
(
1955
).
82.
S.
Khrapak
and
A.
Khrapak
,
Phys. Rev. E
104
,
044110
(
2021
).
83.
S.
Khrapak
and
A.
Khrapak
,
J. Chem. Phys.
158
,
206101
(
2023
).
84.
U.
Bengtzelius
,
W.
Götze
, and
A.
Sjölander
,
J. Phys. C: Solid State Phys.
17
,
5915
(
1984
).
85.
W.
Götze
and
L.
Sjögren
,
Rep. Prog. Phys.
55
,
241
(
1992
).
86.
O.
Borodin
and
G. D.
Smith
,
J. Phys. Chem. B
110
,
11481
(
2006
).
87.
M. J.
Assael
,
J. H.
Dymond
,
M.
Papadaki
, and
P. M.
Patterson
,
Int. J. Thermophys.
13
,
269
(
1992
).
88.
M. J.
Assael
,
J. H.
Dymond
,
M.
Papadaki
, and
P. M.
Patterson
,
Fluid Phase Equilib.
75
,
245
(
1992
).
89.
M. J.
Assael
,
J. H.
Dymond
,
M.
Papadaki
, and
P. M.
Patterson
,
Int. J. Thermophys.
13
,
659
(
1992
).
90.
M. J.
Assael
,
J. H.
Dymond
, and
P. M.
Patterson
,
Int. J. Thermophys.
13
,
729
(
1992
).
91.
M. J.
Assael
,
J. H.
Dymond
, and
P. M.
Patterson
,
Int. J. Thermophys.
13
,
895
(
1992
).
92.
M. J.
Assael
,
J. H.
Dymond
, and
S. K.
Polimatidou
,
Int. J. Thermophys.
15
,
189
(
1994
).
93.
M. J.
Assael
,
J. H.
Dymond
, and
S. K.
Polimatidou
,
Int. J. Thermophys.
16
,
761
(
1995
).
94.
M. J.
Assael
,
A. E.
Kalyva
,
K. E.
Kakosimos
, and
K. D.
Antoniadis
,
Int. J. Thermophys.
30
,
1733
(
2009
).
95.
F. M.
Gaciño
,
M. J. P.
Comuñas
,
J.
Fernández
,
S. K.
Mylona
, and
M. J.
Assael
,
Int. J. Thermophys.
35
,
812
(
2014
).
96.
L.
Costigliola
,
U. R.
Pedersen
,
D. M.
Heyes
,
T. B.
Schrøder
, and
J. C.
Dyre
,
J. Chem. Phys.
148
,
081101
(
2018
).
97.
D. M.
Heyes
,
E. R.
Smith
, and
D.
Dini
,
J. Chem. Phys.
150
,
174504
(
2019
).
98.
D. M.
Heyes
,
D.
Dini
, and
E. R.
Smith
,
J. Chem. Phys.
152
,
194504
(
2020
).
99.
D. M.
Heyes
,
D.
Dini
, and
E. R.
Smith
,
J. Chem. Phys.
154
,
074503
(
2021
).
100.
D. M.
Heyes
and
D.
Dini
,
J. Chem. Phys.
156
,
124501
(
2022
).
101.
A. E.
Olsen
,
J. C.
Dyre
, and
T. B.
Schrøder
,
J. Chem. Phys.
145
,
241103
(
2016
).
102.
S.
Kloth
,
M. P.
Bernhardt
,
N. F. A.
van der Vegt
, and
M.
Vogel
,
J. Phys.: Condens. Matter
33
,
204002
(
2021
).
103.
J. F.
Rudzinski
,
S.
Kloth
,
S.
Wörner
,
T.
Pal
,
K.
Kremer
,
T.
Bereau
, and
M.
Vogel
,
J. Phys.: Condens. Matter
33
,
224001
(
2021
).
104.
M. S.
Shell
,
J. Chem. Phys.
137
,
084503
(
2012
).
105.
A.
Afandak
and
H.
Eslami
,
J. Phys. Chem. B
121
,
7699
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.