Simulation cholesterischer Systeme im Volumen und in eingeschränkten Umgebungen unter Verwendung eines vergröberten Modells auf Ganghöhen-Ebene

• Antragstellerin: Dr. Anja Kuhnhold
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 435320238

Cholesterische Flüssigkristallsysteme stehen im Fokus vieler wissenschaftlicher Projekte. Aufgrund ihrer besonderen optischen Eigenschaften ergeben sich interessante Anwendungsoptionen, wie unsichtbare Sensoren oder biegsame Bildschirme. Die Mehrzahl der Projekte, die sich mit diesem spannenden Thema befassen, ist experimenteller Natur.Zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten von Simulationen cholesterischer Systeme werden wir ein vergröbertes Modell auf cholesterischer Ganghöhen-Ebene entwickeln. Hintergrund dieses Zieles ist, dass Simulationen auf Molekülebene nur einen sehr kleinen Raumausschnitt darstellen können. Experimentell relevante Längenskalen können so nur schwer erreicht werden. Um die Vergröberung durchzuführen, nutzen wir Zusammenhänge, die wir aus Simulationen auf Molekülebene gewonnen haben. Das Ergebnis wird ein vergröbertes „cholesterisches Teilchen“ sein, das die cholesterische Ganghöhe als Eigenschaft hat. Mit Hilfe der Paar-Wechselwirkung der cholesterischen Teilchen können dann Simulationen auf der vergröberten Ebene durchgeführt werden. Zur Entwicklung der Methode werden harte Stäbchen, die eine einfache chirale Wechselwirkung haben, als Modellsystem verwendet. Die Vergröberung wenden wir dann auf weitere Modellsysteme an (spezielle chirale Wechselwirkung und helikale Yukawa-Stäbchen). Wir studieren das Phasenverhalten der vergröberten Systeme und vergleichen mit experimentellen und vorherigen Simulationsergebnissen. Außerdem werden wir den Einfluss von beschränkten Umgebungen wie Taktoiden (spindelförmige Tropfen) oder Kugelschalen auf das cholesterische System untersuchen. Diese sind nämlich Grundlage für weitere spannende Anwendungsmöglichkeiten cholesterischer Flüssigkristalle, wie z.B. individuelle Kennzeichnungen zur Fälschungssicherheit.Insgesamt dient das angestrebte Projekt dazu, technologisch relevante Vorhersagen zu machen. Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen molekularen Parametern und makroskopischen Eigenschaften ist essenziell für effektives Materialdesign. Insbesondere trägt das Projekt dazu bei, bessere Kontrolle über die optischen Eigenschaften cholesterischer Systeme zu haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen