Schmelzen von anisotropen kolloidalen Kristallen in zwei Dimensionen
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The melting transition of anisotropic two-dimensional crystals is studied in a model system of superparamagnetic colloids confined to a water-air interface. The anisotropy of the induced dipole-dipole interaction is varied by tilting the external magnetic field off the normal to the particle plane leading to a centered rectangular crystal lattice. The melting of these crystals is controlled by decreasing the magnetic field strength and the phase transition is studied by the use of video microscopy in terms of defect formation. Similar to the isotropic case, which is described by the KTHNY-theory, the centered rectangular crystal melts via a quasi-hexatic phase. In case of large anisotropy the system melts along the direction of the in-plane field, whereas the order perpendicular to it remains crystal-like. The occurence of this new smectic-like phase can be explained by the orientation of defects in the system: Dislocations with a Burgers vector parallel to the in-plane component of the magnetic field are clearly preferred and one type of dislocation pair is completely suppressed.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
Die Arbeit befasst sich mit dem defekt-induzierten Schmelzen anisotroper, kolloidaler Kristalle in zwei Dimensionen. Superparamagnetische Teilchen, die an eine Wasser-Luft-Grenzfläche gebunden sind, unterliegen in einem externen magnetischen Feld der Dipol-Dipol-Wechselwirkung. Mit Hilfe der Stärke und Richtung des externen Magnetfeldes lässt sich sowohl die Stärke der Wechselwirkung zwischen den Teilchen als auch deren Anisotropie und somit der Phasenzustand des Systems kontrollieren. Die Positionen der Partikel lassen sich während induzierten Schmelzübergängen mittels Videomikroskopie bestimmen, was eine Analyse der vorliegenden Defekte, d.i. der Dislokationen und Disklinationen, ermöglicht. Im Falle anisotroper Wechselwirkung liegt ein rhombischer Kristall vor, der analog zum isotropen Fall gemäß der KTHNY-Theorie über eine intermediäre quasi-hexatische Phase schmilzt. Für hinreichend große Anisotropie wird die Wechselwirkung entlang einer Richtung so klein, dass sich eine quasi-smektische Phase bildet: Entlang des magnetischen Feldes schmilzt das System, wohingegen es senkrecht dazu eine kristalline Ordnung aufweist. Das Vorliegen dieser neuen Phase ist direkt mit der Orientierung der Defekte verknüpft: Dislokationen mit einem Burgers-Vektor parallel zum Feld treten in der quasi-smektischen Phase deutlich vermehrt auf, ein Typ von Dislokationspaar ist vollständig unterdrückt.
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EISENMANN, Christoph, 2004. Schmelzen von anisotropen kolloidalen Kristallen in zwei Dimensionen [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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