Fornleitner, J. (2008). Ordered equilibrium structures of two-dimensional soft matter systems [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/185710
Systeme der weichen Materie nehmen beim Übergang von der flüssigen zur festen Phase selbst in zwei Dimensionen komplexe Strukturen an. Mit Hilfe von Optimierungsstrategien, die auf genetischen Algorithmen beruhen, ist es möglich, die globalen Energieminima, denen diese stabilen Konfigurationen entsprechen, auf systematische und zuverlässige Weise zu identifizieren, und so die Bildung der unterschiedlichen Strukturen zu studieren. In dieser Arbeit betrachten wir drei verschiedene Systeme: erstens ein Einkomponentensystem, dessen Teilchen über ein rein repulsives Kastenpotential in Wechselwirkung stehen, zweitens eine binäre Mischung von dipolaren Kolloidteilchen und drittens ein System in dem ebenfalls dipolare Teilchen zu einem bestimmten Ausmaß von der zweidimensionalen Geometrie abweichen können und das somit einen Übergang von zwei- zu dreidimensionalen Systemen darstellt. In Hinblick auf zukünftige technologische Anwendungen untersuchen wir zusätzlich die Phononenspektren jener Gleichgewichtsstrukturen binärer Mischungen, die in Experimenten als stabile Anordnungen identifiziert werden konnten.
Even if confined to a plane, particles of soft matter systems are able to selfassemble in a vast variety of complex equilibrium structures upon solidification. In an effort to gain deeper insight into the various strategies how particles arrange in an energetically favourable and therefore stable pattern, we investigate three exemplary model systems: a one-component system, where the particles interact via a square-shoulder potential, a binary mixture of dipolar colloids, and a system considered to be at the cross-over from two to three dimensions, where particles are allowed to detach vertically from the strict two-dimensional setup to a certain ammount. By employing a search technique based on genetic algorithms, we are able to systematically explore the broad variety of ordered structures encountered for these three systems and present results that surpass previous investigations. The unbiased search strategies of genetic algorithms make us confident that the identifed sequences of stable configurations are reliable and complete. With future, technologically relevant applications in mind, we determine the phonon band structures for those ordered equilibrium configurations of the binary mixture of dipolar colloids that were also encountered in experiments.
