Transportphänomene wechselwirkender Teilchen in eingeschränkter Geometrie

Abstract

Das Verständnis von Transportprozessen wechselwirkender Teilchen in eingeschränkter Geometrie ist für die Grundlagenforschung von fundamentalem Interesse, da vielerlei Vorgänge in der Natur auf dem Austausch wechselwirkender Teilchen durch enge, oftmals zweidimensionale Strukturen basieren. In biologischen und physikochemischen Systemen treten solche Prozesse z.B. in Poren, Ionenkanälen oder Zeolithe auf.Bei der Untersuchung solcher Vorgänge stößt die Wissenschaft jedoch häufig an ihre Grenzen, da solche Systeme oft experimentell schlecht zugänglich sind. Aus diesem Grund wird daher auf sogenannte Modellsysteme ausgewichen, welche eine einfachere Überprüfung fundamentaler physikalischer Modellvorstellungen ermöglichen.Die hier vorliegende Arbeit widmet sich der experimentellen Realisation eines solchen Modellsystems zur Untersuchung grundlegender physikalischer Modelle beim Transport wechselwirkender Teilchen. Dies geschieht mit Hilfe von superparamagnetischen Kolloiden, welche innerhalb eines Mikrokanals angeordnet werden. Die dabei erhaltenen Ergebnisse lassen sich in vier Bereiche einteilen: Die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen den Teilchen mit Hilfe eines Videomikroskops, die Mobilität der Partikel in Abhängigkeit der im Kanal ausgebildeten Teilchen-Anordnung, der dynamische Transport der Teilchen in Abhängigkeit von energetischen Hindernissen im Kanal, sowie der zeitlichen Korrelation von Teilchen beim Transport durch einen von zwei Barrieren separierten Bereich im Kanal. Zusätzlich wurden alle Experimente durch ausführliche numerische Simulationen ergänzt.