Aktive Teilchen erleichtern Phasenübergang
Modellsystem beschreibt Phasenübergang einer Mischung aus aktiven und passiven Teilchen.
Ein System, das aus Teilchen mit eigenem Antrieb besteht wie beispielsweise Bakterien oder künstlich erzeugte kolloidale Teilchen, befindet sich niemals im thermischen Gleichgewicht. Dennoch können solche Systeme, ähnlich wie Systeme im Gleichgewicht, interessante Phasen und Phasenübergänge aufweisen.
Abb.: Momentaufnahmen einer Molekulardynamik-Simulation mit 547 Kolloiden und 1781 Polymeren. Das obere Bild zeigt eine Gleichgewichtskonfiguration des passiven Systems, das bei dieser Dichte keine getrennten Phasen ausbildet. Das untere Bild ist das entsprechende aktive System, das eindeutig zwei getrennte Phasen aufweist. In beiden Bildern sind die Kolloide gelb und die Polymere schwarz dargestellt. (Bild: P. Virnau, JGU)
Einem internationalen Team unter Beteiligung von Peter Virnau, Kurt Binder und Benjamin Trefz von der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und Forschern aus Indien und den USA ist es gelungen, mithilfe von Molekulardynamik-Simulationen und einer Integralgleichungstheorie den Phasenübergang einer Mischung aus diesen aktiven, selbst angetriebenen Teilchen und passiven Teilchen zu beschreiben. Das Modellsystem wurde dabei so gewählt, dass sich die „Aktivität“ mittels Parameter steuern lässt und selbst im Grenzfall ohne aktive Teilchen, also einem reinen passiven System, der Phasenübergang erhalten bleibt.
„Unsere Untersuchungen belegen, dass die von uns eingeführte Aktivität den Phasenübergang nicht nur erschweren, sondern auch erleichtern kann“, erläutert Peter Virnau vom Institut für Physik der JGU. Außerdem ließ sich durch Verwendung der Integralgleichungstheorie das Phasenverhalten des aktiven auf ein passives System abgebilden. Ob diese Abbildungsmethode allgemeine Gültigkeit besitzt, müssen weitere Studien belegen.
JGU / CT
