Monte-Carlo- und Pfadintegral-Monte-Carlo-Untersuchungen zu Phasenumwandlungen in zweidimensionalen Modellkolloiden und Quantenscheiben in einem äußeren, periodischen Potential

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2002
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Strepp, Wolfram
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Monte-Carlo and path integral Monte-Carlo studies on phase transitions in two dimensional model colloids and quantum disks in an external periodic potential
Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

Harte und weiche Scheiben in aeusseren periodischen Potentialen zeigen ein reichhaltiges Phasendiagramm. Interessant sind dabei vor allem das Gefrieren und Schmelzen des Systems, wenn die Dichte veraendert wird. Es werden die Ergebnisse extensiver Monte-Carlo-Simulationen gezeigt, unter anderem von verschiedenen thermodynamischen Groessen wie dem Ordnungsparameter, seinen Binder-Kumulanten, etc. . Damit gelingt es, die Phasendiagramme der Systeme, aufgetragen gegen die Dichte des Systems und die Staerke des aeusseren Potentials, zu bestimmen.
In Abhaengigkeit vom Teilchen-Teilchen-Potential
ergibt sich ein reentrance-Szenario, d.h. man ueberquert, startend in der isotropen Fluessigkeit, bei Erhoehen des ausseren Potentials
zuerst die Phasengrenze in Richtung Kristall ('freezing'), den man bei weiterer Erhoehung wieder in Richtung modulierter Fluessigkeit verlaesst ('reentrance').

Die Systeme werden auch im Hinblick auf moegliche Kosterlitz-Thouless-Phasenuebergaenge untersucht;
es wird eine gute Uebereinstimmung mit den Voraussagen dieser Theorie gefunden.

Um die Einfluesse der Quantenmechanik zu untersuchen, wird das harte-Scheiben-System
mittels Pfadintegral-Monte-Carlo untersucht.
Die reentrance-Region vergroessert sich im Vergleich zum klassischen System. Es wird eine
physikalische Erklaerung dieses Effekts gegeben, und eine Voraussage der quantenmechanischen Phasendiagramme.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Hard and soft disks in external periodic potentials show rich phase diagrams
including freezing and melting transitions when the density of the system is varied. Based on extensive Monte Carlo simulations, analyses of various thermodynamic quantities
like the order parameter, its Binder-cumulants etc. are reported in order to map the phase diagram of the system for various values of the density and the amplitude of the external potential. Depending on the particle potential, we find clear indication of a reentrant liquid phase over a significant region of the parameter space, which is similar to the behaviour of charge-stabilized colloids in an external modulating field.

The systems are also examined in view of a possible Kosterlitz-Thouless transition, and good agreement with the predictions made by this theory is found.

In order to quantify the quantum effect of the finite particle masses on the phase diagram, we investigated the system by PIMC. We find a increased reentrance region which can be even larger than the freezing region. A possible explanation of this effect and predictions for the quantum systems are presented.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik
Schlagwörter
harte Scheiben, laser-induced freezing, laser-induced melting, reentrance, Kosterlitz-Thouless
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Zitieren
ISO 690STREPP, Wolfram, 2002. Monte-Carlo- und Pfadintegral-Monte-Carlo-Untersuchungen zu Phasenumwandlungen in zweidimensionalen Modellkolloiden und Quantenscheiben in einem äußeren, periodischen Potential [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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February 21, 2003
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