Computer-Simulationen struktureller und elastischer ... - KOPS

Einleitung
Gruppen von Kolloiden mittles Laser Tweezer [20] oder die Kontrolle des gesamten Systems
durch die verschiedensten externen Felder. Gerade die beiden zuletzt genannten Eigenschaften
der Kolloide geben ihnen eine Bedeutung über das bloße Modellsystem atomarer
Systeme hinaus. Sie eröffnen den Weg zu neuen, maßgeschneiderten Materialien.
Ein großes Interesse herrscht in diesem Zusammenhang an zweidimensionalen kolloidalen
Systemen. Mit ihrer Hilfe können Oberflächen kontrolliert strukturiert werden, die dann
direkt (z.B. [21, 22, 23]) oder auch indirekt als Template-Strukturen (z.B. [24, 25]) einen
vielseitigen Einsatz finden können. So z.B. als lithographische Masken, Antireflexionsbeschichtungen
oder auch optische Speichermedien. Als Modellsysteme fördern sie u.a.
unser Verständnis adsorbierter Monolagen auf strukturierten Oberflächen. Die Strukturierung
der Oberfläche läßt sich hervorragend durch externe Lichtfelder modellieren, da
durch die Interferenz von Laserstrahlen nahezu jede beliebige zweidimensionale Struktur
realisiert werden kann und zudem über die Stärke der Ankopplung der Kollloide an das
Lichtfeld die Stärke des modellierten Substratpotentials kontinuierlich variiert werden
kann. Umfangreiche Studien an monodispersen, zweidimensionalen Systemen in äußeren
Lichtfeldern führten zur Entdeckung interessanter Phänomene wie dem Laser Induzierten
Frieren (LIF) und Laser Induzierten Schmelzen (LIM) [26, 27, 28, 29, 30, 31, 32].
Im Hinblick auf die Bedeutung komplexer, zweidimensionaler Strukturen im technologischen
Bereich wendet sich der erste Teil der hier vorliegenden Arbeit der Frage nach
der thermodynamischen Stabilität komplexer Gitterstrukturen in zweidimensionalen Mischungen
zu. Danach liegt der Fokus der Untersuchungen auf der Möglichkeit der kontrollierten
Strukturierung solcher Mischungen, die der Einsatz eines äußeren Lichtfelds
bietet. Die Analysen werden an einem etablierten Modellsystem der Statistischen Physik,
dem Harte Scheiben System, vorgenommen. Dieses stellt den athermischen Grenzfall
von Systemen mit sphärisch symmetrischen Teilchen endlicher Ausdehnung dar. Monte
Carlo Computer-Simulationen erweisen sich hier einmal mehr als nützliches Werkzeug
zur Vorhersage neuer physikalischer Phänomene. Mit ihrer Hilfe ist es einfacher als in
Experimenten möglich, systematisch physikalisch interessante Parameter des Systems zu
variieren und so neue Effekte aufzuspüren. Dieser Aspekt der Computer-Simulationen
wird in den Simulationen zur Strukturbildung in einer zweidimensionalen binären Mischung
unter Einfluß eines externen Feldes genutzt und ermöglichte die Vorhersage neuer
laser-induzierter Phänomene, wie z.B. der Laser Induzierten Entmischung LID [33].
Computer-Simulationen werden zudem erfolgreich bei Vergleichen zwischen experimentellen
Systemen und den zu deren Beschreibung entwickelten Modellsystemen der Statistischen
Physik eingesetzt. Die Ergebnisse der direkten Simulation des Modellsystems
zeigen im Vergleich mit den experimentellen Befunden deutlich, ob das analytische Modell
bereits alle wichtigen Aspekte des Experiments ausreichend berücksichtigt. Sie helfen
des weiteren die Tragweite eventuell gemachter Näherungen im analytischen Modell
realistisch einzuschätzen. Im zweiten Teil der hier vorliegenden Arbeit werden Computer-
Simulationen zu diesem Zwecke eingesetzt. Dieser wendet sich der detaillierten Analyse
der elastischen Eigenschaften zweidimensionaler, kolloidaler Systeme zu. Zunächst wird
analytisch eine nicht-lokale Landau Gitterfeldtheorie aufgestellt. Diese ermöglicht die
analytische Berechnung der Verzerrungskorrelationsfunktionen zweidimensionaler Fest-
3