Thermophorese aus Grundprinzipien

• Antragsteller: Dr. Aljaz Godec
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431945604

Thermophorese, auch bekannt als der Ludwig-Soret Effekt, steht für den durch einen Temperatur-Gradienten verursachten diffusiven Transport von Teilchen. Thermophorese ist ein allgemeines Phänomen, es existiert in Gasen, Flüssigkeiten sowie Festkörpern und hat diverse technologisch relevante Anwendungen von Energiegewinnung und Energiespeicherung, bis hin zur biotechnologischen Analytik. Trotz der Vielfalt von Anwendungsbereichen und intensiver Untersuchungen im Gebiet der statistischen Physik (u.a. im Kontext von klassischer (Gleichgewichts-)Thermodynamik, Onsager’s Theorie, fluktuierender Hydrodynamik, usw.), ein mikroskopisches Verständnis des Ursprungs des thermophoretischen Transports fernab vom Gleichgewicht aus der Sicht der (Nichtgleichgewichts-)Mechanik einzelner Teilchen steht noch aus. Insbesondere das tatsächliche Zusammenspiel der Fluktuationen im wärmeleitenden Medium fernab des Gleichgewichts und der Teilchen-Medium Wechselwirkungen, das für die Richtung des Transports entscheidend ist, sowie die Bedingungen für das Zustandekommen einer Zeitskalenseparation, welche in phänomenologischen Herangehensweisen üblich angenommen wird, sind großenteils noch unbekannt. Im vorgeschlagenen Projekt untersuchen wir daher Thermophorese aus Grundprinzipien, d.h. ausgehend von der Newtonschen Mechanik eines Teilchens gekoppelt an ein explizites wärmeleitendes Vielteilchenmedium. Im Fokus sind der Transport und dessen stochastische Thermodynamik, insbesondere die Symmetriebrechung der Fluktuationen im Medium und die Temperatur-Abhängigkeit des Soret-Koeffizienten fernab vom linearen (Onsager) Regime. Wir kombinieren eine systematische rigorose Analysis der Bewegungsgleichungen, welche durch eine kontrollierte Eliminierung der Bad-Teilchen abgeleitet werden, mit extensiven Molekulardynamik Simulationen mit thermostatierten Randregionen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5099: Reduktion der Komplexität von Nichtgleichgewichtssystemen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Joachim Dzubiella