Analyse der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in hyperuniformen Systemen im Gleichgewicht und Nichtgleichgewicht

• Antragsteller: Professor Dr. Marco Salvalaglio; Professor Dr. Axel Voigt
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556185784

Hyperuniforme Systeme sind eine Klasse von Punktanordnungen oder Feldern, die sich durch stark unterdrückte Dichtefluktuationen auf großen Skalen auszeichnen. Geordnete Systeme, z.B. Kristalle, sind trivialerweise hyperuniform, aber auch ungeordnete Systeme, die Korrelationen aufweisen, können hyperuniform sein. Solche ungeordneten hyperuniformen (HU) Systeme wurden in verschiedenen Disziplinen untersucht. Sie können als Gleichgewichts- und Nicht-Gleichgewichtszustände beobachtet werden und in einigen Disziplinen wurden die mit HU verbundenen Eigenschaften für technologische Innovationen genutzt, z. B. in der Optik. Die Untersuchung anderer Eigenschaften von HU Systemen, z. B. elastischer oder rheologischer Eigenschaften, befindet sich jedoch noch im Anfangsstadium, und auch bei aktiver Materie und in biologischen Systemen sind die mit HU Systemen verbundenen Eigenschaften noch weitgehend unbekannt. Dieses Projekt zielt darauf ab solche Struktur-Eigenschafts-Beziehungen besser zu verstehen. Hierfür entwickeln wir neue Möglichkeiten zur Beschreibung und Kontrolle von HU Mustern, welche unterschiedliche Skalen betrachten (von global zu lokal). Wir erweitern Beschreibungen, die nur auf globalen Eigenschaften basieren, um (topologische) Informationen über lokale Anordnungen und Strukturen. Dies erlaubt die Charakterisierung experimenteller Strukturen und die Untersuchung resultierender Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Wir addressieren Energie-basierende Formulierungen, wie z. B. die elastische Reaktion auf Last oder die Auswirkung von Anisotropie auf spinodale Muster als Beispiele für statische und Gleichgewichtseigenschaften. Darüber hinaus analysieren wir die Auswirkung von Hyperuniformität in Transport- und Nicht-Gleichgewichtsproblemen, z.B. die Strömung durch poröse Medien und den Zusammenhang zwischen HU und Charakteristiken von aktiver Turbulenz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen