Laser induzierte Phasenuebergaenge

Der Trend zur Miniaturisierung in Physik und Technologie führte zuletzt zu großem Interesse an Einatomschichten und ihren Wechselwirkungen mit Substraten. Kolloidale Suspensionen haben sich dafür als ideale Modellsysteme herausgestellt. Ordnungsphänomene in solchen Systemen können erfolgreich in einem Modellsystem mit einer binären Mischung harter Scheiben studiert werden, wobei der Einfluss des Substrates durch ein externes Potential modelliert wird.
Monodispersive 2D Kolloid-Systeme in Wechselwirkung mit Substrat-Potentialen wurden über die vergangenen Jahrzehnte extensiv in Experimenten [d1,d4], Computersimulationen [b1-6,d3,d7] und Theorien [d2,d5-6] studiert.

Ablaufinvariante Phasenübergangs-Szenarien wie Laser induziertes Einfrieren (LIF) und dem Laser induzierten Schmelzen (LIM) wurden beobachtet. Die Details des Phasendiagramms hängen zum Beispiel von der Commensurabilität des externen Potentials mit der Periodizität des monodispersiven Dreieckgitters ab. Wir analysieren die Veränderungen der Phasen von Monodispersiven harten Scheiben für eine Vielzahl verschiedener Verhältnisse der Commensurabilität p [b5,c5].
Ein anderer Forschungsschwerpunkt sind Ordnungsphänomene in binären Mischungen in externen Feldern. Hier gehen wir der Frage nach, welchen Einfluss eine zusätzliche Längenskala, welche durch ein 1D  räumlich periodisches Potential eingeführt wird, auf das komplexe Wechselspiel zwischen Adsorbate-Adsorbate und Adsorbate-Substrat Wechselwirkung bei einer binären, äquimolaren Mischung hat. Die Wellenlänge des externen Potentials wurde dabei so gewählt, dass es commensurabel zur Periodizität des S1(AB) Gitters ist.

Für den Feld-freien Fall wurde die thermodynamische Stabilität von raumfüllenden Strukturen binärer Mischungen harter Scheiben mittels Monte-Carlo Computersimulationen studiert. Da es sich heraus gestellt hat, dass diese Strukturen nur unter hohem Druck thermodynamisch stabil sind, wurde das Phasenverhalten äquimolarer binärer Mischungen mit einem Verhältnis der Durchmesser von 0,414 in einem 1D periodischen, externen Feld genauer untersucht. Im Allgemeinen kann man drei Fälle unterscheiden: I) Nur die kleineren Kolloide, II) beide Sorten oder III) nur die großen Kolloide  wechselwirken mit dem externen Feld. Die zugrundeliegenden Ordnungsmechanismen und resultierenden Anordnungen der drei Fälle unterscheiden sich deutlich. Die Simulationen zeigen jedoch, dass eine leichte Veränderung der Konzentration der großen Teilchen, oder der Verhältnisse der Durchmesser keinen großen Einfluss auf die verschiedenen vom Feld induzierten Phänomene hat, solange die Mischung im relevanten Regime der Packungsdichte bleibt.

b) Ältere Publikationen

1. W. Strepp, S. Sengupta, and P. Nielaba, Phys. Rev. E63, 046106 (2001).
2. W. Strepp, S. Sengupta, and P. Nielaba, Phys. Rev. E66,056109 (2002).
3. W. Strepp, S. Sengupta, M. Lohrer, P. Nielaba, Comp. Phys. Commun. 147, 370 (2002); Mathematics and Computers in Simulation 62, 519 (2003).
4. K. Franzrahe et. al. Comp. Phys. Commun. 169, 197 (2005).
5. F. Bürzle, P. Nielaba, Phys. Rev. E76, 051112 (2007).
6. P. Nielaba, W. Strepp, Phase transitions and quantum effects in model colloids and nanostructures, in: Path Integrals - New Trends and Perspectives, edited by W. Janke and A. Pelster, World Scientific, Singapore, pp. 321 (2008).

c) Abgeschlossene Arbeiten

1. W. Strepp, Diplomarbeit: Monte-Carlo-Simulation von harten Scheiben in einem äußeren periodischen Potential (1999)
2. W. Strepp, Doktorarbeit: Theoretische Untersuchungen zu Phasenumwandlungen in Modell-Kolloiden in äußeren Potentialen und eingeschränkter Geometrie (2003)
3. F. Bürzle, Diplomarbeit: Numerische Studien zu Phasenumwandlungen zweidimensionaler Modellkolloide in periodischen Potentialen (2006)
4. K. Franzrahe, Doktorarbeit: Theoretische Untersuchungen komplexer Modell-Kolloide: Computer-Simulationen struktureller und elastischer Eigenschaften (2008)
5. T. Brokamp, Diplomarbeit: Auswirkung des Kommensurabilitätsfaktos auf Phasenübergänge zweidimensionaler Modellkolloide in periodischen Feldern (2011)

d) Referenzen

1. A. Chowdhury, B. Ackerson, and N. Clark, Phys. Rev. Lett. 5, 833 (1985).
2. J. Chakrabarti, H. R. Krishnamurthy, and A. K. Sood, Phys. Rev. Lett. 73, 2923 (1994).
3. J. Chakrabarti, H.R. Krishnamurthy, A. K. Sood, and S. Sengupta, Phys. Rev. Lett. 75 2232 (1995).
4. Q.-H. Wei,C. Bechinger, D. Rudhardt, P. Leiderer, Phys. Rev. Lett. 81, 2606 (1998).
5. E. Frey, D.R. Nelson, and L. Radzihovsky, Phys. Rev. Lett. 83, 2977 (1999).
6. L. Radzihovsky, E. Frey, and D.R. Nelson, Phys. Rev. E 63, 031503 (2001).
7. P. Chaudhuri, C. Das, C. Dasgupta, H.R. Krishnamurthy, and A.K. Sood 72, 061404 (2005).