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Projekt
Transport und Thermodynamik in getriebenen Gittergasen fern des Gleichgewichts
Antragsteller
Professor Dr. Philipp Maass
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 355031190
Getriebene Gittergase sind konzeptionell einfache Modelle, mit denen sich der Transport wechselwirkender Teilchen fern des thermodynamischen Gleichgewichts untersuchen lässt. In diesen Modellen bewegen sich Teilchen zwischen benachbarten diskreten Gitterpunkten durch Platzwechsel, die häufig aus einer vergröberten Beschreibung primär raum-kontinuierlicher Bewegungen resultieren. Gittergasmodelle lassen sich auf verschiedene molekulare Prozesse anwenden, wie z. B. den Ionentransport durch Zellmembranen, die Bewegung von Molekülen durch Nanoporen und den Transport von Motorproteinen entlang von Filamenten in Zellen. Dieses Forschungsprojekt umfasst drei Teile, in denen aktuelle Probleme der Nichtgleichgewichtsphysik von Gittergasen und ihre Verbindung zu raum-kontinuierlicher Dynamik behandelt werden. Im ersten Teil werden Gittergase betrachtet, in denen Teilchen unterschiedliche innere Zustände annehmen können. Für diese erweiterte Klasse von Modellen werden Teilchendichten und Teilchenströme in Nichtgleichgewichtszuständen mit Hilfe der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie bestimmt und die Qualität der theoretischen Vorhersagen durch Vergleich mit kinetischen Monte-Carlo- Simulationen überprüft. In offenen Systemen, die Teilchen mit ihrer Umgebung austauschen, sollen Phasenübergänge zwischen stationären Nichtgleichgewichtszuständen untersucht werden, bei denen sich Besetzungswahrscheinlichkeiten innerer Zustände, bzw. ihre Abhängigkeit von Kontrollparametern, sprunghaft ändern. Ein weiterer Schwerpunkt wird der Frage gewidmet sein, ob Effekte der Teilchengröße, die sich bei kontinuierlicher Bewegung im Raum zeigen, in Gittermodellen erfasst werden können. Im zweiten Teil werden Teilchenströme studiert, die aufgrund von Teilchenwechselwirkungen entgegen einem äußeren Antrieb fließen. Dieser äußere Antrieb kann durch konstante oder zeitabhängige Kräfte vermittelt werden. Dem Antrieb gegenläufige Ströme wurden sowohl für diskrete als auch für raum-kontinuierliche Teilchenbewegungen gefunden. Ihr Entstehen ist zum Teil rätselhaft. Auf Grundlage von Berechnungen der totalen Entropieproduktion soll ein einheitliches Verständnis für das Phänomen gefunden werden. Der dritte Teil befasst sich mit der Reaktion verschiedener Stromarten, wie z. B. Teilchen-, Energie- und Wärmeströmen, bei kleinen Änderungen äußerer Triebkräfte. Es wird untersucht, ob bestimmte Nichtgleichgewichtszustände, in denen die Reaktion verschiedener Stromarten symmetrisch ist, eine besondere Bedeutung bezüglich thermodynamischer Eigenschaften haben.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
