Bewegung kolloidaler Teilchen in eingeschränkten 2d-Geometrien

Artur Erbe, Universität Konstanz

Kolloidale Teilchen eignen sich hervorragend als Modellsysteme für eine große Anzahl mikroskopischer und makroskopischer Effekte. Hier werden superparamagnetische Teilchen studiert, die auf einem Substrat ein quasi 2-dimensionales System bilden. Die Bewegung dieser Teilchen durch einen lithographisch strukturierten Kanal wird untersucht, wobei die Teilchen gravitativ getrieben durch den Kanal rutschen. Dabei bilden sich in der Bewegung der Teilchen Bahnen aus. Die Anzahl dieser Bahnen wird durch die Teilchendichte und die Geometrie des Kanals bestimmt. Eine solche Ausbildung von Bahnen kann in ganz verschiedenen Zusammenhängen, zum Beispiel bei Fußgängern auf einem Bürgersteig oder Ameisen auf der Nahrungssuche, beobachtet werden. In dem hier vorgestellten System wird die Formation der Bahnen durch die repulsive Wechselwirkung der Teilchen verursacht. Aufgrund der treibenden Kraft (Gravitation) und der Randbedingungen in den Reservoirs, die an die Engstelle angeschlossen sind, bildet sich ein Dichtegradient entlang des Kanals. Dieser Gradient führt zu einer Reduktion der Bahnenanzahl im Kanal. Dieser Übergang wird untersucht und mit molekulardynamischen Rechungen verglichen.