Ioninesteet ovat suoloja, joilla on matala sulamislämpötila (alle noin 100 °C). Niillä on useita hyödyllisiä ominaisuuksia ja lukuisia mahdollisia sovelluksia. Tarkempi tieto ioninesteiden atomitason rakenteesta on kuitenkin tärkeää niiden ominaisuuksien ja mahdollisuuksien ymmärtämiseksi sekä sovellusten kehittämiseksi. Tässä työssä tutkittiin 1-3-dimetyyli-imidazoliumkloridia ([mmim]Cl), joka on molekyylimassaltaan kevyt prototyyppinen ionineste.
Tässä tutkielmassa hyödynnettiin epäelastista röntgensirontaa uuden informaation saamiseksi. Epäelastisessa röntgensironnassa fotoni siroaa elektronisysteemistä luovuttaen sekä energiaa että liikemäärää. Fotonin epäelastista sirontaa kutsutaan Compton-sironnaksi, kun energian- ja liikemääränsiirto on suuri. Compton-sirontaa voidaan käyttää aineen atomi- ja molekyylitason rakenteen tutkimisessa, sillä Compton-sirontakokeissa määritettävä suure, Compton-profiili, on herkkä atomien välisen geometrian muutoksille. Mittaustulosten tulkinta on kuitenkin haastavaa ja laskennallisella mallintamisella on siinä suuri rooli.
Tässä tutkielmassa laskettiin [mmim]Cl:n neste- ja kidefaasien isotrooppisten Compton-profiilien erotus (erotusprofiili). Tiettyjen oletusten ollessa voimassa Compton-profiili riippuu elektronien liikemäärätiheydestä, joten profiilit voidaan määrittää aineen perustilaa kuvaavien elektronirakennelaskujen avulla. Tässä tutkielmassa elektronirakennelaskuissa käytettiin Kohn-Sham-tiheysfunktionaaliteoriaa, periodisia reunaehtoja ja Gaussisia kantajoukkoja elektronitiloille. Lisäksi laskennan tarkkuuteen vaikuttavia tekijöitä arvioitiin. Liikemäärähilan tiheydellä sekä vaihto-korrelaatiofunktionaalin ja kantajoukon valinnalla havaittiin olevan suuri vaikutus laskettuun erotusprofiiliin. Nämä tekijät olivat selkeästi merkittävämpiä kuin nesterakenteiden äärellisestä määrästä johtuva tilastollinen epätarkkuus.
Erotusprofiilin tulkitsemiseksi kiderakenteesta otettuun yhteen [mmim]Cl-ionipariin tehtiin muutoksia käytetyn nesterakenteen perusteella ja tarkasteltiin näiden muutosten vaikutusta Compton-profiiliin. Sekä molekylääristen ionien sisäisen rakenteen että ionien välisen geometrian muutosten havaittiin vaikuttavan merkittävästi laskettuun erotusprofiiliin. Tässä työssä esitetyt tulokset auttavat kokeellisen erotusprofiiliin tulkinnassa ja selittämisessä.
