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Projekt
Antrieb und Wechselwirkung heißer Brownscher Schwimmer
Antragsteller
Professor Dr. Frank Cichos; Professor Dr. Klaus Kroy
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung von 2014 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254960539
Auto-thermophoretisch getriebene (“heiße”) Mikroschwimmer sind vielseitige und prototypische aktive Teilchen, die durch thermoosmotische Flüsse an ihrer Oberfläche oder nahen Substratoberflächen angetrieben werden. Ihre interessanten Nichtgleichgewichts-Brownschen Fluktuationen sind theoretisch und experimentell gut unter Kontrolle. Unser hoch optimierter paralleler numerischer Code für unterstützende Nichtgleichgewichts Molekulardynamik-Simulationen bietet eine unabhängige Platform, um Experiment und Theorie zu verbinden. Basierend auf den Resultaten der vorangegangenen Förderperiode planen wir wieder ein konzertiertes Vorgehen in Experiment, Simulation und Theorie, um die Wechselwirkung der Schwimmer untereinander und mit Substraten weiter aufzuklären. Wir werden unsere innovative Photon-Nudging Technik zur Kraft- und Moment-freien Manipulation und Steuerung heißer Schwimmer weiter anwenden und für kontrollierte Messungen des sogenannten Schwimmdruckes und der Oberflächenspannung von Schwärmen heißer Schwimmer fortentwickeln. Theoretisch werden wir unsere jüngsten Fortschritte im systematischen Coarse-Graining wechselwirkender Ansammlungen sogenannter Aktiver Brownscher Teilchen (ABPs) ausbauen, für die wir exakte formale Ausdrücke für den sogenannten Schwimmdruck und die Oberflächenspannung ableiten konnten. Wir werden diese Analyse auf ein mikroskopisches Schwimmermodell mit Impulserhaltung ausdehnen, das Schwimmen mittels Geschwindigkeiten anstelle artifizieller ABP Schwimm-Kräfte darstellt. Schlussendlich zielen wir auf eine Einbeziehung der in unseren Experimenten und Simulationen gefundenen Schwimmer-spezifischen Wechselwirkungen ab. Im Hinblick auf Anwendungen wird es von Interesse sein, die tatsächlichen physikalischen Wechselwirkungen der heißen Schwimmer mittels speziell konstruierter virtueller Wechselwirkungen zu überschreiben. Wir planen diese über eine Rückkopplung mittels des Photon Nudging zu implementieren, als ein neuartiger Mechanismus, vermittels dessen sich die Schwimmer durch den Austausch (verzögerter) Information beeinflussen. Diese können dadurch die Informations-gesteuerte Schwarmbildung in lebenden Systemen imitieren. Auf lange Sicht sollte dies uns erlauben, unser Modellsystem heißer Schwimmer zu einer flexiblen experimentellen Laborplattform zur vielseitigen Emulation generischer aktiver Materie zu etablieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
