Friction of colloidal monolayers on periodic and quasiperiodic surfaces
Final Report Abstract
Im Rahmen des vorliegenden Projekts wurden die tribologischen Eigenschaften einer Monolage interagierender kolloidaler Teilchen auf periodischen und nichtperiodischen Oberflächen studiert. Aufgrund der mesoskopischen Längenskalen konnte dabei die Bedeutung topologischer Solitonen (Kinks und Antikinks) für das Auftreten von Reibung untersucht und auch quantitativ studiert werden. Solche Anregungen wurden im Rahmen des Frenkel‐Kontorova Modells schon seit langem vorhergesagt, eine direkte Beobachtung war bislang allerdings in Reibungsexperimenten nicht möglich. Unsere Arbeiten erlauben damit einen interessanten Einblick und ermöglichen es, einen direkten Zusammenhang zwischen mikroskopischen Teilchenbewegungen und der makroskopischen Beweglichkeit einer über ein Substratpotential gleitenden Schicht herzustellen. Bemerkenswert ist, dass allein aus der Zahl und Gestalt der Kinks und Antikinks quantitative Vorhersagen für den Reibungskoeffizienten möglich sind. Eine große Überraschung während des Projekts war die experimentelle Beobachtung, dass das Konzept von Kinks und Antikinks, welches bislang ausschließlich für periodische Substrate erwartet worden war, teilweise auch auf quasiperiodische Systeme übertragen werden kann. Aufgrund der in quasiperiodischen Systemen vorliegenden lokalen Motive mit hoher Rotationssymmetrie, lassen sich dort zumindest lokal Kinks und Antikinks anregen und liefern damit möglicherweise einen Beitrag zum Verständnis der vergleichsweise geringen Reibung auf solchen Oberflächen. Speziell unsere Arbeit in Nature Materials löste dabei ein gewisses Medienecho mit Besprechungen in verschiedenen Zeitschriften aus: Andrea Vanossi & Erio Tosatti. Colloidal friction: Kinks in Motion. Nature Materials: News and Views 11, 97‐88 (2012) Max Planck Gesellschaft: An der Grenze der Reibung, Pressemitteilung 19. Dezember (2011) pro‐physik: Reibung zwischen Licht und Kugel, Dezember (2011)
Publications
- Experimental observation of directional locking and dynamical ordering of colloidal monolayers driven across quasiperiodic surfaces. Phys. Rev. Lett. 109, 058301 (2012)
Bohlein, T. & Bechinger, C.
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.058301) - Observation of kinks and antikinks in colloidal monolayers driven across ordered surfaces. Nature Materials 11, 126‐130 (2012)
Bohlein, T., Mikhael, J. & Bechinger, C.
(See online at https://doi.org/10.1038/NMAT3204) - Light‐induced phase transitions of colloidal monolayers with crystalline order. Soft Matter 10, 8705‐8710 (2013)
Zaidouny, L., Bohlein, T., Roth, R. & Bechinger, C.
(See online at https://doi.org/10.1039/c3sm50945a) - Non‐equilibrium work distribution for interacting colloidal particles under friction. New J. Phys. 17, 045026 (2015)
Gomez‐Solano, J. R., July, C., Mehl, J. & Bechinger, C.
(See online at https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/4/045026)
