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Doktorandenstelle für das Thema "Nichtgleichgewichtsverhalten der kritischen Fluktuationen eines Kosterlitz-Thouless Phasenübergangs" zu besetzen. Bei Interesse, kontaktier mich per email oder Telefon

Projekt: Mit einem kolloidalen Ensemble in zwei Dimensionen (2D) soll die Entstehung von topologischen Defekten untersucht werden, wenn das System fern vom thermodynamischen Gleichgewicht durch einen kontinuierlichen Phasenübergang getrieben wird.

Im Gleichgewicht wird das Schmelzen zweidimensionaler Monokristalle mit dem berühmt gewordenen Kosterlitz-Thouless-Halperin-Nelson-Young-Szenario (KTHNY-Theorie) beschrieben, für die Michael Kosterlitz und David Thouless 2016 mit dem Nobelpreis für Physik geehrt wurden. Der Theorie folgend, treiben topologische Defekte die kontinuierlichen Phasenübergänge, wie wir in früheren Experimenten bestätigen konnten. Die allgemeine Vorstellung ist, dass die spontane Symmetriebrechung global stattfindet.

Für endliche Kühlraten ist dies nicht mehr der Fall und topologische Defekte (Monopole, Korngrenzen, Strings) müssen eingebaut werden – die spontane Symmetriebrechung führt nur lokal zu identischen Ordnungsparametern. Das Szenario im Nichtgleichgewicht beschreibt der Kibble-Zurek Mechanismus (KZM), der ursprünglich von Tom Kibble dafür entwickelt wurde, die Defektdichte des primordialen Higgsfeldes während des Abkühlens und der Expansion des frühen Universums kurz nach dem Urknall zu beschreiben. Regionen, die so weit voneinander entfernt sind, dass sie nicht einmal mit Lichtgeschwindigkeit im Austausch stehen, können nicht notwendig den gleichen Ordnungsparameter während der Symmetriebrechung annehmen. W. Zurek hat diese Idee auf kondensierte Materie und Quantenflüssigkeiten übertragen. Aufgrund der kritischen Verlangsamung der Ordnungsparameterfluktuationen während des Kühlens, muss das System aus dem thermodynamischen Gleichgewicht fallen und topologische Defekte in die Tieftemperaturphase einbauen.

Im hiesigen Projekt soll dies mittels einer Monolage aus mikrometergroßen Partikeln untersucht werden, die Brownsche Bewegung auf einer absolut flachen Grenzfläche vollführen. Anders als in „echten“ atomaren Systemen sind die Partikel so groß UND so langsam, dass sie per Videomikroskopie auf allen relevanten Zeitskalen beobachtet werden können. Wir können das Ensemble auf Zeitskalen abkühlen, die um Größenordnungen schneller sind als die kürzeste intrinsische Zeitskala, gegeben durch die Brownsche Zeit. Solch schnelle Kühlraten sind selbst in Quantenflüssigkeiten experimentell nicht zugänglich. Auf diese Weise kann im Labor Strukturbildung im Nichtgleichgewicht untersucht werden, wie sie auch in Big-Bang Modellen diskutiert wurde.

Frühere Mitarbeitende:

keim.physik.uni-konstanz.de/group.html

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