Entmischungs- und Testteilchendynamik in Systemen weicher Materie

In diesem Projekt möchten wir grundlegende Aspekte der Dynamik in zweidimensionalen Modellsystemen weicher Materie untersuchen. Zum einen ist dies spinodale Entmischung und Keimbildung in einer Oligomer-Lösung mittels Molekulardynamik.
Die Entmischungsdynamik in Polymerlösungen ist durch große Längen- und Zeitskalen gekennzeichnet, in denen sich mesoskpische Strukturen bilden. In dieser Hinsicht stellt dies für eine Molekulardynamik-Simulation ein anspruchsvolles Problem dar. Durch den Einsatz von schnellen, hochparallelisierten Grafikkarten und die Beschränkung auf zwei Dimensionen können die Simulationen bis auf fast makroskopische Längenskalen von etwa 500 Nanometern ausgedehnt werden, und damit der Entmischungsprozess vollständig beschrieben werden.
Zum zweiten möchten wir die Testteilchendynamik in einem weiteren speziellen System weicher Materie, einem kolloidalen Glas, untersuchen.
Durch das Studium dieser Dynamik hoffen wir auf ein tieferes Verständnis, welche Art von mikroskopischen Korrelationen zu den oft ungewöhnlichen makroskopischen Eigenschaften solcher Materialien führt. Beispiele für solche ungewöhnlichen Eigenschaften sind Phasentrennungsphänomene, nichtmonotones Verhalten unter Scherung und Übergänge zu gel- und glasartigen Zuständen mit extrem verlangsamter Dynamik, deren charakteristische Zeitskala um viele Größenordnungen über der Zeitskala der molekularen Dynamik liegt. Hier kommen Methoden aus der klassischen Dichtefunktionaltheorie zum Einsatz, und numerische Berechnungen sollen ebenfalls durch Grafikkarten um ein Vielfaches beschleunigt werden.

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