Nichtlinear gekoppelte Amplitudenoszillatoren: Eine experimentelle Studie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Katharina Krischer
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397566612

Die elektrochemische Oxidation von Silizium stellt ein oszillatorisches Modellsystem dar, bei dem die Kopplung zwischen unterschiedlichen Bereichen der Elektrode nichtlinear und nichtlokal ist und dessen lokale Dynamik in bestimmten Parameterbereichen Birhythmizität aufweist. Typisches kollektives Verhalten, das bisher beobachtet wurde, wie etwa Multifrequenzcluster und partieller Amplitudentod, zeigte eine ausgeprägte Amplitudendynamik, dessen Beschreibung planare Oszillatoren erfordert. Ziele dieses vorwiegend experimentellen Projekts sind zum Verständnis von (a) kollektiven Phänomenen von nichtlinear und nichtlokal gekoppelten Amplitudenoszillatoren und (b) dem Synchronisations- und Schaltungsverhalten von gekoppelten birhythmischen Elementen beizutragen. Zum Themenblock (a) werden wir untersuchen, wann die nichtlinear und nichtlokale Kopplung zu einer effektiven adaptiven Kopplung führt, bei der sich die Kopplungsstärken zwischen unterschiedlichen Bereichen beziehungsweise Oszillatoren selbstorganisiert anpasst, welcher Mechanismus für die Ausbildung der Multifrequenzcluster verantwortlich ist, und welche weiteren kollektiven Phänomene durch die adaptive Kopplung hervorgerufen werden können. Bei den birhythmischen Systemen (b) wird im Vordergrund stehen, wie das System auf heterogene Anfangsbedingungen reagiert, bei denen ein Teil des Systems (ein Teil der Oszillatoren) auf einem der beiden koexistierenden Grenzzyklen initialisiert wird und der andere Teil auf dem anderen.Für beide Fragestellungen werden zwei Arten von Siliziumelektroden verwendet werden, solche mit einem großen aktiven Bereich und solche, bei denen mesoskopisch kleine aktive Bereiche von einer inerten Matrix umgeben sind. Erstere stellen also ein räumlich-kontinuierliches oszillatorisches Medium dar, der zweite Typ ein Netzwerk von gekoppelten, einzelnen Oszillatoren. Die Experimente werden jeweils durch Modellsimulationen ergänzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen