Design quasikristalliner Grundzustände von Kolloiden mit inversen statistisch-mechanischen Methoden

• Antragsteller: Dr. Erdal Celal Oguz
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256871717

Quasikristalle besitzen Rotationssymmetrien, die die Periodizität des Systems unterbinden und daher für kristalline Systeme streng verboten sind. Nichtsdestotrotz weisen Quasikristalle langreichweitige Ordnung auf. Diese Tatsache hat zu einem Paradigmenwechsel in der Kristallografie geführt, nämlich dass auch aperiodische Strukturen eine langreichweitige Ordnung besitzen können. Nicht zuletzt aufgrund ihrer Materialeigenschaften, wie niedrige Oberflächenreibung, Hitzebeständigkeit oder Kratzfestigkeit, haben Quasikristalle seit ihrer Entdeckung im Jahr 1982 das Interesse zahlreicher Wissenschaftler aus Physik, Chemie und Mathematik erweckt. Obwohl die meisten bisherigen Quasikristalle Metalllegierungen sind, rücken die weichen Quasikristalle (d.h. diejenigen, die aus weichen Bausteinen wie Kolloiden bestehen) immer mehr in den Vordergrund der aktuellen Forschung. Denn damit lassen sich die Teilchenpositionen einfach beobachten oder die Wechselwirkungen verhältnismäßig leichter als in atomaren Systemen variieren. Die Stabilität der Quasikristalle bedarf noch einer umfangreicheren Analyse. Es ist eine offene Frage, welche intramolekularen Wechselwirkungen zwischen den Bestandteilen eines weichen Quasikristalls herrschen. Außerdem gelang es den Forschern bislang noch nicht herauszufinden, ob und unter welchen Bedingungen Grundzustände der Quasikristalle existieren. Dieses Projekts zielt auf eine Antwort dieser Fragen ab. In diesem Projekt sollen inverse statistisch-mechanische Methoden eingesetzt werden, um Paarwechselwirkungspotentiale zu entwickeln, welche die potentielle Energie eines Quasikristalls minimieren, und somit die Stabilität des entsprechenden Grundzustandes gewährleisten. Dieses Vorhaben beherbergt nicht nur eine Antwort auf die Stabilität, sondern es trägt auch zum besseren Verständnis der Beziehung zwischen der Struktur und den ihr zugrundeliegenden intramolekularen Wechselwirkungen. Darüber hinaus können die Ergebnisse als Wegweiser für Kolloidexperimente dienen: Kolloidale Wechselwirkungen können so gewählt werden, dass die Selbstassemblierung der Quasikristalle erreicht wird. Ein weiteres Vorhaben dieses Projektes ist die Untersuchung der räumlichen Ordnung der Quasikristalle mit Hilfe von lokalen Dichtefluktuationen. Ausgehend von den Resultaten wird man in der Lage sein, die Beziehung zwischen der räumlichen Ordnung und den internen Eigenschaften, wie die Rotationssymmetrie oder die inkommensurablen Längenskalen, des Quasikristalls zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Salvatore Torquato, Ph.D.