Eigenschaften des Glasübergangs als Mischung von Random Organization und Jamming

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Schmiedeberg
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262587878

Die langsame Dynamik in Systemen aus Teilchen bei hohen Dichten oder tiefen Temperaturen ist bereits seit langer Zeit Gegenstand intensivster Forschung. Trotzdem sind viele Eigenschaften der glasartigen Dynamik und insbesondere auch des Glasübergangs bis heute noch unverstanden. Im beantragen Projekt wollen wir ein Modellsystem verwenden, um den Glasübergang, dessen mikroskopischen Ursprung und die Beziehung zum athermischen Jamming-Übergang zu ergründen. Den athermische Jamming-Übergang erhält man üblicherweise, indem man ein spezielles Protokoll auf ein System weicher Kugeln anwendet, so dass Überlappungen zwischen den Kugeln minimiert werden ohne Energiebarrieren zu überqueren. Interessanterweise zeigen aktuelle Forschungsergebnisse, dass der Glasübergang im Grenzfall kleiner Temperaturen sich vom athermischen Jamming-Übergang signifikant unterscheidet. Im Rahmen des beantragten Projektes werden wir ein Modellsystem untersuchen, bei dem Kugeln zunächst zufällig platziert werden und dann in jedem Simulationsschritt verschoben werden, falls ein Überlapp mit einer anderen Kugel vorliegt. Die Verschiebungen können deterministisch oder zufällig erfolgen. Im Falle deterministischer Verschiebungen entspricht dieses Protokoll dem Protokoll des Jamming-Übergangs. Bei zufälligen Verschiebungen ergibt sich der sogenannte Random-Organization-Übergang. Wir werden eine Mischung dieser beiden Protokolle betrachten, die also sowohl zufällige als auch deterministische Verschiebungen enthält. Während die deterministischen Verschiebungen weiterhin dem Jamming-Protokoll gleichkommen, entsprechen zufällige Verschiebungen dem Überqueren von Energiebarrieren. Die Mischung beider Protokolle führt somit zum Glasübergang. Vorläufige Simulationen ergeben, dass der Übergang selbst im Falle nur weniger zufälliger Verschiebungen sich signifikant vom Übergang ohne zufällige Verschiebungen unterscheidet. Daher lässt sich mit diesem gemischten Protokoll tatsächlich der Unterschied zwischen dem Jamming-Übergang und dem Glasübergang bei kleinen Temperaturen untersuchen. Im beantragten Projekt wollen wir außerdem untersuchen, wie dieses Modellsystem verwendet werden kann, um die Glasübergangslinie in einem System weicher Kugeln vorherzusagen. Außerdem werden wir das kritische Verhalten des Glasüberganges untersuchen und die mikroskopischen Ursachen erforschen, die mit der Kontaktperkolation in Verbindung stehen könnten. Wir wollen also ein Modellsystem verwenden, um die Eigenschaften des Glasübergangs und dessen Ursachen zu ergründen und zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen