Topologisch geschützter Transport kolloidaler Partikel
Spätestens seit der Vergabe des Physik Nobelpreises 2016 an Thouless, Haldane und Kosterlitz für ihre bahnbrechenden Untersuchungen zu topologischen Phasen und Phasenübergängen in Supraleitern ist das Thema Topologie in aller Munde. Die Topologie umfasst ein Teilgebiet der Mathematik, das sich mit der Erhaltung von Eigenschaften unter stetiger Verformung der mathematischen Struktur befasst. Hierdurch ergeben sich vielversprechende neue Möglichkeiten, die Eigenschaften physikalischer Phänomene, bspw. bei Transportprozessen, besser zu verstehen.
In einer internationalen Zusammenarbeit unter Leitung von Prof. Dr. Thomas Fischer (Universität Bayreuth) konnte kürzlich gezeigt werden, dass sich topologische Konzepte, die bislang primär für Quantensysteme untersucht wurden, auch auf kolloidale Systeme übertragen lassen. Hierzu wurden in Zusammenarbeit mit den Gruppen um Prof. Dr. Felix Stobiecki (IFM Poznan, Polen) und Prof. Dr. Arno Ehresmann künstliche mikromagnetische Domänenmuster mit verschiedenartigen Symmetrien erzeugt. Werden nun magnetische Kolloide in einer Flüssigkeit über die Domänenmuster gegeben, so kann ein fernsteuerbarer Transport durch Überlagerung mit einer maßgeschneiderten externen Magnetfeldsequenzen induziert werden (sog. Kontrollraum). Die Magnetfeldsequenzen können wiederum in topologische Klassen unterteilt werden, wobei Sequenzen der gleichen topologischen Klasse identische Transportrichtungen für die Kolloide induzieren und der Transport robust gegenüber Störungen ist. Die topologischen Klassen werden dabei maßgeblich durch die Symmetrieeigenschaften des magnetischen Domänenmusters mitbestimmt.
[1] J. Loehr et al. Soft Matter 13 5044 (2017)
DOI: 10.1039/C7SM00983F
Dr. Dennis Holzinger@ AGE - Funktionale dünne Schichten
[*] Reproduced from Ref. [1] with permission from The Royal Society of Chemistry.