Theoretische Modellierung atomarer Reibungsphänomene: Nanotribologie des Rasterkraftmikroskops
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurden minimale stochastische Modelle untersucht, die im Überlappungsbereich von atomarer Reibung und Nichtgleichgewichts-Phänomenen der Brown'schen Molekularbewegung angesiedelt sind. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Untersuchung von dynamischen Effekten in Zwei- und Mehrteilchen-Systemen, in denen thermische Aktivierung und gegenseitige Kopplung die entscheidende Rolle spielen. Insbesondere der sog. Ratschen- Effekt wurde am Beispiel des Dimers eingehend untersucht. Die dazu erforderliche Brechung der räumlichen Symmetrie wurde (a) durch unterschiedliche Ankopplung an das Oberflächen-Potential, (b) durch unterschiedliche Dissipationskoeffizienten der beiden Dimer-Komponenten erreicht. Neben der approximativen analytischen Ausarbeitung der zugrunde liegenden Langevin-Dynamik wurden auch umfangreiche numerische Simulationen durchgeführt. Die wichtigsten Resultate sind: 1. Die durch mehrfache Extrema gekennzeichneten Kurven für mittlere Geschwindigkeit und Diffusionskoeffizienten einer Teilchenkette im gekippten periodischen Potential. 2. Der Nachweis von Ratschen-Effekten mit Hilfe von Computer-Simulationen und die detaillierte Erklärung seines Zustandekommens. 3. Mehrere Möglichkeiten der Optimierung des Transports via Ratschen- Effekte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Dynamics of a dimer in a symmetric potential: Ratchet effect generated by an internal degree of freedom. Phys. Rev. E 77, 031136 (2008)
S. von Gehlen, M. Evstigneev, and P. Reimann
- Interaction-controlled Brownian motion in a tilted periodic potential. Phys. Rev. E 79, 011116 (2009)
M. Evstigneev, S. von Gehlen, and P. Reimann
- Ratchet effect of a dimer with broken friction symmetry in a symmetric potential. Phys. Rev. E 79, 031114 (2009)
S. von Gehlen, M. Evstigneev, and P. Reimann
