Capped colloids as model systems for condensed matter

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BARABAN, Larysa, 2008. Capped colloids as model systems for condensed matter

@phdthesis{Baraban2008Cappe-5274, title={Capped colloids as model systems for condensed matter}, year={2008}, author={Baraban, Larysa}, address={Konstanz}, school={Universität Konstanz} }

Capped colloids as model systems for condensed matter Baraban, Larysa eng Systeme untereinander wechselwirkender kolloidaler Partikel erwiesen sich als nützliches Mittel zur Modellierung vieler Phänomene der Festkörperphysik. Aufgrund der folgenden Vorteile eignen sie sich besonders als Modellsysteme der kondensierten Materie: (i) die Wechselwirkungsenergie der Partikel ist mit der Energieskala der thermischen Fluktuation vergleichbar; (ii) es besteht die Möglichkeit die Eigenschaften der Partikel wie zum Beispiel durch die Wahl unterschiedlicher Lösungsmittel zu verändern; (iii) der relativ einfache Aufbau der Experimente; (iv) die sphärische Symmetrie der Partikel, welche eine Vereinfachung der makroskopischen Modellierung der komplexen Wechselwirkung auf atomarer Skala ermöglicht.<br />Die vorliegende Arbeit ist in folgende Teile gegliedert: In Kapitel 1 wird die Verwendung kolloidaler Systeme zur Modellierung physikalischer Eigenschaften von Festkörpern zusammengefasst. Hier dient ein Ensemble der magnetischen Kolloide als Modellsystem zur Visualisierung von Phänomenen, die bei der Anordnung atomarer Spins in Kristallen, wie etwa Antiferromagnetismus oder geometrische Frustration, auftreten. Im Gegensatz zu der Anwendung in der Grundlagenphysik, widmet sich Kapitel 2 der praktischen Anwendung kolloidaler Systeme. Dabei wurde dem Gebiet sich in Flüssigkeiten selbstständig bewegender Nano- und Mikromotoren besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Diese Motoren könnten in Zukunft zu medizinischen Zwecken etwa dem Transport von Medikamenten dienen. Um die Idee der künstlichen Antriebe zu realisieren müssen jedoch noch einige wichtige Punkte, wie etwa eine kontrollierte und gerichtete Bewegung der Objekte auf langen Zeitskalen, einer näheren Betrachtung unterzogen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird auf die obigen Fragestellungen eingegangen. Dazu werden sogenannte "bekappte Kolloide" verwendet, welche künstlich erzeugte magnetische Eigenschaften besitzen. Die Herstellung und Manipulation solcher Partikel wird, ebenso wie die Technik zur Untersuchung ihrer magnetischen Eigenschaften in den Kapiteln 3 und 4 erläutert. Kapitel 5 beschreibt die Bildung planarer kolloidaler Cluster aus Kolloiden mit einer magnetischen Kappe aus Co/Pt Filmen. Dabei wird die Anordnung und Struktur der makroskopischen magnetischen Momente der Partikel in den Clustern durch die geometrische Frustration bestimmt. Zur Visualisierung der Richtung der einzelnen magnetischen Momente im Cluster wurde die Technik der Videomikroskopie verwendet. Dabei spielt der optische Kontrast, der während der Herstellung der magnetischen Kappen entsteht, eine entscheidende Rolle; siehe hierzu Kapitel 4. Durch die Erfüllung der Stabilitätskriterien bildet sich eine Reihe von Clustern mit "magischen Zahlen" heraus. Diese magischen Cluster sind dicht gepackt und kompensieren ihre magnetischen Momente und Chiralität.<br />Im Gegensatz zu den statischen Experimenten der Clusterbildung widmet sich Kapitel 6 Studien zur Dynamik bekappter Kolloide. Dort wird die Möglichkeit demonstriert eine kontrollierte und langreichweitige Bewegung der bekappten Kolloide durch eine lokale katalytische Reaktion zu erreichen. In den dort vorgestellten Experimenten wurde der Antrieb durch die Platzierung magnetische Kiolloide in einer Wasserstoffperoxidhaltigen Lösung unter Einwirkung eines schwachen Magnetfelds realisiert. Systeme aus katalytisch getriebenen Partikeln könnten als Modelle zum besseren Verständnis von Transportprozessen, besonders zu den moleculare Motoren in lebenden Zellen, beitragen. Weiterhin könnten diese voll kontrollierbaren Motoren weiterentwickelt werden, um etwa Mikroobjekte an die für sie vorgesehenen Stellen zu transportieren. Baraban, Larysa 2008 Bekappte Kolloide als Modellsysteme in der Kondensierten Materie 2011-03-24T14:54:33Z application/pdf 2011-03-24T14:54:33Z deposit-license

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