Fluktuationsinduzierte Wechselwirkungen in kolloidalen Suspensionen

• Antragsteller: Professor Dr. Alfred Hucht
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269422592

In dem Projekt soll aufbauend auf unseren bisherigen und aktuellen Arbeiten eine Methode zur Simulation von Vielteilchensystemen entwickelt werden, welche durch fluktuationsinduzierte kritische Casimirkräfte wechselwirken. Hierbei sollen im Gegensatz zu bisherigen theoretischen Arbeiten die kritischen Casimirkräfte quasi "ab initio" berücksichtigt werden, indem das fluktuierende Medium, welches die Kräfte induziert, direkt mit simuliert wird und somit die Ursache der fluktuationsinduzierten Kräfte ohne Näherungen in der Methode enthalten ist.Der in einer Masterarbeit bei uns entwickelte Cluster-Monte-Carlo-Algorithmus soll genutzt werden, um experimentelle Vorhersagen über das reichhaltige Verhalten von kolloidalen Suspensionen in kritischen binären Flüssigkeiten zu modellieren und zu überprüfen. Speziell soll untersucht werden, welchen Einfluss die Partikel auf das kritische Medium haben und wie der Phasenübergang im Medium durch die Partikel modifiziert wird. Fluktuationsinduzierte Wechselwirkungen wie kritische Casimirkräfte sind im Allgemeinen nicht additiv und können deshalb nur näherungsweise als Summe von Zweikörper-Wechselwirkungen dargestellt werden. Mit der vorliegenden Methode soll untersucht werden, wie genau diese Näherung ist und wie einflussreich Wechselwirkungen höherer Ordnung (z.B. Dreikörper-Wechselwirkungen) sind. Zu Beginn des Projektes soll der in der Masterarbeit entwickelte Cluster-Monte-Carlo-Algorithmus unter verschiedenen Aspekten (z.B. Erweiterung auf drei Raumdimensionen, Einbau von variablen Oberflächenkopplungen) weiterentwickelt werden. Dann soll das kritische Verhalten sowohl des Partikelsystems als auch des fluktuierendem Mediums charakterisiert werden. Weiterhin sollen Vielteilcheneffekte untersucht werden, die aus der Nichtadditivität der fluktuationsinduzierten Kräfte resultieren und besonders in der Nähe des kritischen Punktes des Mediums relevant sind. Schließlich sollen die Untersuchungen auf polydisperse Systeme und Januspartikel ausgedehnt werden, wo ein reichhaltiges Verhalten zu erwarten ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen