Topologisch kontrollierter Transport kolloidaler Partikel

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Martin Fischer; Professor Dr. Daniel de las Heras
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440764520

In diesem kombinierten experimentellen / theoretischen Projekt wollen wir die Rolle der Topologie beim Transport magnetischer Systeme weicher Materie verstehen und enträtseln. Die Topologie spielt eine entscheidende Rolle in elektronischen Systemen und schützt dort den Transport von Ladung und Spin gegen dissipative Streuung. Dissipative Streuung zerstört in topologisch trivialen Systemen normalerweise den Transport. In topologisch nichttrivialen elektronischen Systemen konnte ein ganzer Zoo neuartiger Teilchen, die ursprünglich in der Hochenergiephysik mit ungewöhnlichen Transporteigenschaften postuliert wurden, experimentell in der Festkörperphysik mittlerer Energie gefunden werden. Das Feld ist groß genug, um die Solid-State-Community für mehr als ein Jahrzehnt zu unterhalten. In jüngster Zeit haben wir gezeigt, dass ein ähnliches, wenn auch nicht identisches Verhalten in Systemen mit weicher Materie zu finden ist, in denen getriebene magnetische Kolloide oder autonom sich bewegende magnetische Bakterien, die ein magnetisches Moment tragen, die Elektronen ersetzen und periodische magnetische Muster den Grundfestkörper ersetzen. Da die transportierten Objekte in diesem Fall in eine viskose Flüssigkeit eingebettet sind, handelt es sich hier um echt dissipativen Transport, was einen wesentlichen Unterschied zum Schutz vor Dissipation in Festkörpersystemen ausmacht. Aufgrund der mesoskopischen Größe der transportierten Objekte kann das System durch klassische statt durch Quantenphysik behandelt werden, was ein zweiter, weniger relevanter Unterschied zu elektronischen Quantensystemen ist.Der Hauptzweck dieses Antrags besteht darin, die Rolle des topologischen Schutzes in Systemen weicher Materie zu untersuchen. Sowohl Experimente als auch Computersimulationen zum Transport von getriebenen magnetischen Kolloidkomplexen und von autonom sich bewegenden magnetotaktischen Bakterien sollen durchgeführt werden. Die topologische Kontrolle ist auf Familien kolloidaler Aggregate anzuwenden, wobei jede Familie nach Belieben unter Verwendung eines einzelnen polyglotten Kontrollloops in eine jeweils andere Richtung transportiert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Maciej Urbaniak