Theory of collective, noise-induced transition processes and resonance phenomena in periodically driven colloidal suspensions

• Applicant: Professor Dr. Peter Reimann
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2003 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5412849

• Final Report Year: 2008

Final Report Abstract

"Stochastische Resonanz" bezeichnet ein nicht-monotones, resonanz-artiges Antwortverhalten eines Systems under dem simultanen Einfluss von zufälligen Fluktuationskräften und einer periodischen Antriebskraft. Haupteffekt ist die erstaunliche Beobachtung, dass die zufälligen Fluktuationen nicht notwendig eine ärgerliche Störung sein müssen, sonden im Gegenteil ein nützliches Instrument sein können zur Untersuchung und Steuerung nichtlinearer Systeme fern vom thermodynamischen Gleichgewicht. In diesem Projekt haben wir in Kollaboration mit der Experimentalgruppe von Prof. C. Bechinger (Universität Stuttgart) solche Effekte quantitativ theoretisch analysiert und darauf aufbauend die experimentellen Befunde interpretiert. In einer zweiten Kollaboration mit der experimentellen Gruppe von Prof. H. Fuchs (Universität Münster) haben wir für atomare Reibungsphänomene ein neues, nicht-monotones Verhalten der Reibung als Funktion der Geschwindigkeit vorausgesagt und ein neues "Alterungsphänomen" bei kleinen Ziehgeschwindigkeiten entdeckt und theoretisch analysiert.

Publications

• Nonmonotonic Velocity Dependence of Atomic Friction. Phys. Rev. Lett. 93, 230802 (2004)
  P. Reimann and M. Evstigneev
  
• Rate Description in Friction Force Microscopy. Europhys. Lett. 67, 907 (2004)
  M. Evstigneev and P. Reimann
  
• Description of Atomic Friction as Forced Brownian Motion. New J. Phys. 7, 25 (2005)
  P. Reimann and M. Evstigneev
  
• Probability densities of periodically driven noisy systems: An approximation scheme incorporating linear-response and adiabatic theory. Phys. Rev. E 72, 045101(R) (2005)
  M. Evstigneev and P. Reimann
  
• Quantifying stochastic resonance: theory versus experiment. J. Phys.: Condens. Matter 17, S3795 (2005)
  M. Evstigneev, P. Reimann, C. Schmitt, and C. Bechinger
  
• Rate Description of the Stick-Slip Motion in Friction Force Microscopy Experiments. Phys. Rev. E 71, 056119 (2005)
  M. Evstigneev and P. Reimann
  
• Force Dependence of Transition Rates in Atomic Friction. Phys. Rev. Lett. 97, 240601 (2006)
  M. Evstigneev, A. Schirmeisen, L. Jansen, H. Fuchs, and P. Reimann
  
• Refined force-velocity relation in friction force spectroscopy experiments. Phys. Rev. B 73, 113401 (2006)
  M. Evstigneev and P. Reimann
  
• Theoretical Analysis of Single-Molecule Force Spectroscopy Experiments: Heterogeneity of Chemical Bonds. Biophys. J. 90, 3851 (2006)
  M. Raible, M. Evstigneev, F. W. Bartels, R. Eckel, M. Nguyen-Duong, R. Merkel, R. Ros, D. Anselmetti, and P. Reimann
  
• Directing Brownian motion by oscillating barriers. Phys. Rev. E 75, 031117 (2007)
  S. Bleil, P. Reimann, and C. Bechinger
  
• Pulsating potential ratchet. Europhys. Lett. 78, 50004 (2007)
  P. Reimann and M. Evstigneev
  
• Velocity dependence of atomic friction: Rate theory and beyond. p. 117-142 in "Fundamentals of Friction and Wear", edited by E. Gnecco and E. Meyer, Springer (Berlin) 2007
  M. Evstigneev and P. Reimann
  
• Contact ageing in atomic friction. J. Phys.: Condens. Matter 20, 354001 (2008)
  M. Evstigneev, A. Schirmeisen, L. Jansen, H. Fuchs, and P. Reimann
  
• DifFusion of colloidal particles in a tilted periodic potential: Theory versus experiment. Phys. Rev. E 77, 041107 (2008)
  M. Evstigneev, O. Zvyagolskaya, S. Bleil, R. Eichhorn, C. Bechinger, and P. Reimann