Binary Mixtures and Fluids in the presence of Quenched Disorder
Binäre Mischungen und Fluide in inhomogenen Medien
by Timo Daniel Fischer
Date of Examination:2012-01-18
Date of issue:2012-02-21
Advisor:Dr. Richard L. C. Vink
Referee:Prof. Dr. Marcus Müller
Referee:Dr. Richard L. C. Vink
Files in this item
Name:fischer.pdf
Size:15.9Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
In the bulk, the critical point of a liquid-gas phase transition or a demxing transition of a binary mixture with short-ranged particle interactions belong to the universality class of the Ising model. The phase diagram of these systems in the presence of static random inhomogeneous backgrounds is less well understood. In this work, extensive Monte Carlo computer simulations on a simple fluid model in an inhomogeneous background ("in the presence of quenched disorder") are presented, which demonstrate that the behavior of the system is compatible with the behavior of the random-field Ising model, provided that (1) the inhomogeneities are randomly distributed and (2) have a preference for either phase. In the two-dimensional case, this implies that the original phase transition is completely eliminated and replaced with a gradual alignment of the particles into a preferred domain structure. As an example where these finding may give new insights into the system's behavior, cell membranes are briefly introduced. Molecular dynamics simulations of a model membrane with near-atomic resolution are presented and shown to be in qualitative agreement with the Monte-Carlo results.
Keywords: Monte Carlo Simulation; Demixing; Fluids; Quenched Disorder; Phase Transitions; Universality
Other Languages
Der Übergang zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase eines Fluids und die Entmischung von Zweikomponentensystemen mit kurzreichweitiger Wechselwirkung zwischen den Molekülen sind Phasenübergänge, deren kritscher Punkt zur Universalitätsklasse des Ising-Modells gehört. Das Phasenverhalten dieser System im Beisein von zufälligen statischen Hintergrundinhomogenitäten ist dagegen weniger gut verstanden. In dieser Arbeit werden umfangreiche Monte-Carlo Computersimulationen eines einfaches Flüssigkeitsmodells mit zufällig verteilten Störstellen vorgestellt. Es wird gezeigt, dass das Verhalten des Modellsystems kompatibel mit dem Verhalten des "random-field Ising model" ist, falls (1) die Störstellen zufällig verteilt sind und (2) die Störstellen eine der beiden Phasen bevorzugen. Im Fall von zweidimensionalen Systemen impliziert dies, dass der ursprüngliche Phasenübergang vollständig zerstört und durch ein Anordnen der Teilchen anhand einer bevorzugten Domänenstruktur ersetzt wird. Als Beispiel für ein System in dem die gefundenen Resultate neue Einsichten in das Verhalten des Systems liefern könnten werden Zellmembranen betrachtet. Rechenzeitintensive Molekulardynamiksimulationen einer Modellmembran werden vorgestellt, deren Ergebnisse qualitativ mit denen der Monte-Carlo Simulationen übereinstimmen.
Schlagwörter: Monte-Carlo Simulation; Entmischung; Fluide; Statische Inhomogenitäten; Phasenübergänge; Universalitätsklassen