Computersimulationen der Strukturbildung und Kristallisation in dünnen Filmen aus magnetischen und geladenen Kolloiden

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sabine Klapp
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 158760060

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Thema dieses Projekts war die Untersuchung der Strukturbildung und Dynamik kolloidaler, räumlich eingeschränkter Systeme mit (A) magnetischen und (B) elektrostatischen Wechselwirkungen durch Vielteilchencomputersimulationen geeigneter Modellsysteme. Einen wichtigen Aspekt bildete dabei der Vergleich mit entsprechenden Volumensystemen. Tatsächlich stellte sich im Rahmen des Unterprojekts A heraus, dass die translatorische Dynamik in stark gekoppelten dipolaren Kugel-Systemen bereits im Volumen (und in Anwesenheit eines äußeren Magnetfelds) ”anormal” werden kann: in bestimmten Zeitbereichen tritt sub- oder superdiffusives Verhalten auf. Damit zeigen die Systeme sowohl Ähnlichkeiten mit Gel-bildenden Materialien als auch mit aktiven oder getriebenen Systemen. Auch in Schlitzporengeometrien tritt komplexes dynamisches Verhalten auf, das im Rahmen des Projekts aber nicht mehr ausführlich untersucht werden konnte. In Unterprojekt B lag ein Schwerpunkt auf der Strukturbildung von dichten Kolloidsuspensionen zwischen geladenen Wänden. In diesem Kontext wurde gezeigt, dass eine Variation der Wandladung strukturelle Übergänge zwischen geschmolzenen, quadratisch und hexagonal geordneten Phasen bewirken kann. Einen weiteren Fokus bildete die Charakterisierung relevanter Längenskalen der (für räumlich eingeschränkte Systeme typischen) Schichtbildung in enger Kooperation mit Experimenten. Insbesondere wurden hier auch Einflüsse der Teilchengröße und der Ionenstärke der Trägerflüssigkeit identifiziert. Schließlich wurden Crossover-Phänomene in binären kolloidalen Mischungen im Volumen, sowie die Strukturbildung solcher Mischungen in Schlitzporen untersucht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Charged silica suspensions as model materials for liquids in confined geometries, Soft Matter 6, 2330 (2010)
  Sabine H. L. Klapp, Stefan Grandner, Yan Zeng, and Regine von Klitzing
  
• Struktur und Dynamik dipolarer Fluide in homogenen Magnetfeldern: Von wandinduzierter Schichtbildung bis zur anomalen Diffusion, Dissertation TU Berlin (2010)
  Jelena Jordanovic
  
• Surface-charge-induced freezing of colloidal suspensions, Europhys. Lett. 90, 68004 (2010)
  Stefan Grandner and Sabine H. L. Klapp
  
• Crossover from normal to anomalous diffusion in systems of field-aligned dipolar particles, Phys. Rev. Lett. 106, 038301 (2011)
  Jelena Jordanovic, Sebastian Jäger, and Sabine H. L. Klapp
  
• Effect of particle size on order parameters of colloidal silica suspensions under confinement, Soft Matter 7, 10899 (2011)
  Yan Zeng, Stefan Grandner, Andreas F. Tünemann, Oskar Paris, Jan S. Pedersen, Sabine H. L. Klapp, and Regine von Klitzing
  
• Structure formation of charged colloidal particles in confined geometry, Dissertation TU Berlin (2011)
  Stefan Grandner