Themen für Abschlussarbeiten

Theorie und Simulation sowie Experiment: Kolloide an flüssigen Grenzflächen - ein Modellsystem für 2d-Gravitation

Kolloidteilchen von Mikrometer-Größe, die an einer flüssigen Grenzfläche eingefangen werden, deformieren diese leicht (auf einer Skala von Nanometern) und erzeugen so eine langreichweitige attraktive Wechselwirkung. Diese variiert in voller Analogie zur Gravitation in zwei Dimensionen logarithmisch mit dem Partikelabstand. Zusätzlich besitzt die kolloidale Wechselwirkung aber einen Cutoff λ, der zwischen Mikro- und Millimetergröße variiert werden kann. Diese Systeme mit quasigravitativen Attraktionen sind thermodynamisch instabil, kollabieren und bilden somit “Galaxien” und “Sterne”.

Theorie und Simulation
• Methoden:Simulationen (Brownsche Dynamik, dynamisches Monte Carlo) und einfache dynamische Dichtefunktionaltheorie
• Dynamik des Kollapses in ein- oder mehrkomponentigen Systemen
• Ersetzung von “passiven” Kolloidteilchen durch “aktive” Teilchen Bakterien)→ Kollaps
• Untersuchung der von uns entdeckten anomal schnellen Diffusion an Grenzflächen

Experiment
• Präparation von Polystyrolkügelchen in der Größe von einigen µm an einer Flüssigkeitsgrenzfläche
• Gezielte Manipulation der Wechselwirkung zwischen den Partikeln durch Variation der effektiven Gravitation oder durch den Einsatz von Lichtkräften
• Vermessen von Struktur und Dynamik der Partikel mit Lichtmikroskopie
• Analyse mit optischer Bildverarbeitung
• Auswertung mit Mathlab

physikalisches und technisches Verständnis, experimentelles Geschick, Programmieren in Matlab, Konstruktion mechanischer Bauelemente

Binäre kolloidale Systeme an Flüssigkeitsgrenzflächen: Grundzustand und Dynamik
[mehr]

Aktive kolloidale Teilchen an Flüssigkeitsgrenzflächen: kollektive Dynamik
[mehr]

Experiment: Multispecklekorrelationsspektroskopie

Die Partikeldynamik eines Vielteilchensystems ist ein entscheidender Schlüssel, um Strukturbildung und Phasenübergangsphänomene zu verstehen. Um umfassende Aussagen über das dynamische Verhalten machen zu können, benötigt man eine spezielle Messtechnik, die es ermöglicht die Dynamik vieler unterschiedlicher Subensembles gleichzeitig als Funktion der Zeit zu bestimmen. Multispeckle-Korrelationsspektroskopie eröffnet als einzige Messmethode diese Möglichkeit. Aus einer Messung kann so z.B. die Häufigkeitverteilung von Diffusionskoeffizienten und deren räumliche Verteilung gewonnen werden. Die Anwendungen reichen über die Erforschung der frühen Stadien von Kristallisationsprozessen (z.B. Proteinkristallisation), der Formation von Clusterbildung, den Bildungsprozess von Gelen bis zum fundamentalen Verständnis des Glasübergangs.

Messsignal einer Probe aus sedimentierenden SiO2 Partikeln. Rechts: Am Boden Kristallisiert das System, darüber ist es Fluid mit unterschiedlicher Dichte. Mitte: Speckle-Bild, wie es vom Detektor aufgenommen wird. Links: Aus der Messung resultiernde Relaxationszeiten an unterschiedlichen Positionen in der Probe.

 

Ziel ist der Aufbau einer Multispecklekorrelationsspektroskopie, Optimierung der Messmethode und die Verbesserung der Datenanalyse.
Laseroptik, Konstruktion opto-mechanischer Bauelemente, physikalisches und technisches Verständnis, experimentelles Geschick, Programmieren in Matlab

 

Theorie und Simulation: Kristalle und Klassische Dichtefunktionaltheorie

Vom Standpunkt der Statstischen Physik aus gesehen sind Kristalle nichts anderes als stabile periodische Dichtemodulationen einer Flüssigkeit. Wir beschreiben sie mittels klassischer Dichtefunktionaltheorie und interessieren uns für folgende Aspekte:

Einfache statistische Modelle für Lösungen von globularen Proteinen