Kristallnukleation in kolloidalen Modellsystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Hans Joachim Schöpe
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328065274

Die Kristallisation einer metastabilen Schmelze ist eines der bedeutendsten Nicht-Gleichgewicht-Phänomene der Physik. Kolloidale Modellsysteme werden seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt, um grundlegende Aspekte Kristallnukleation zu studieren und die erzielten Ergebnisse haben das Wissen über Kristallisation in beeindruckender Weise erweitert. Ein Vergleich von Nukleationsratendichten aus Experiment und Simulation kolloidaler Harter Kugeln zeigt jedoch ein sehr unbefriedigendes Ergebnis: Die Absolutwerte der Nukleationsratendichten nahe des Gefrierpunkts divergieren zwischen Simulation und Experiment um bis zu 12 Größenordnungen. Desweiteren zeigen neuere Untersuchungen ein vom klassischen Nukleationsscenario klar abweichendes Verhalten. Diese Untersuchungen geben Hinweise darauf, dass der Nukleationsprozeß mit den physikalischen Eigenschaften der metastabilen Schmelze verknüpft ist.Im geplanten Projekt soll die Ursache für die enorme Diskrepanz zwischen Lichtstreu- und Simulationsdaten geklärt werden. Zu diesem Zweck soll die Kristallnukleation in kolloidalen Harten Kugeln bei niedrigen Metastabilitäten erstmalig im Realraum mit neuartigen mikroskopischen Methoden untersucht werden, wobei einige ausschlaggebende physikalischen Eigenschaften des Modellsystems gezielt variiert werden sollen.Darüber hinaus sollen die strukturellen Eigenschaften der metastabilen Schmelze und die in der metastabilen Schmelze stattfindende Kristallnukleation als Funktion der Metastabilität systematisch bestimmt werden. Bei diesen Untersuchungen sollen unterschiedlichste kolloidale Modellsysteme zum Einsatz kommen. Die erhaltenen Ergebnisse sollten es erlauben, die physikalischen Eigenschaften der Schmelze mit denen der Kristallnukleation zu korrelieren, um so einen wichtigen Beitrag zum fundamentalen Verständnis des Kristallnukleation leisten zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Martin Oettel