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Publikation in Communication Physics (Nature)

Smooth yet chaotic motion of atoms in a liquid

Smooth yet chaotic motion of atoms in a liquid
Bildquelle: © F. Höfling

Die glatten, aber chaotischen Bewegungsbahnen der Atome in einer Flüssigkeit führen einem abrupten Einsetzen von Reibung unterhalb einer bestimmten Frequenz.

News vom 10.07.2020

Reibung beschreibt den Widerstand eines Körpers, der durch ein eine Flüssigkeit gezogen wird. Die Reibung, die die Moleküle einer Flüssigkeit erfahren, ist eine wesentliche Materialkonstante: Sie kontrolliert die Energiedissipation und legt die Zeitskala fest, auf der praktisch alle Prozesse in der Flüssigkeit ablaufen. Beispiele reichen von viskosen Stokes-Strömungen bis zu makromolekularen Übergangsraten. Andererseits führen die Kräfte zwischen einzelnen Molekülen und Atomen zu dissipationsfreier Bewegung. Wie Reibung aus solchen konservativen Kräften entsteht, gehört zu den großen Herausforderungen der Physik der Flüssigkeiten.

Die Brücke zwischen diesen atomistischen und hydrodynamischen Bildern derselben Flüssigkeit haben Forscher des MATH+-Projekts EF4-4 und des Sonderforschungsbereichs SFB 1114 der Freien Universität Berlin gefunden. Das Team der theoretischen Physiker kombinierte Hochleistungssimulationen mit Mathematik und berichtet in der Zeitschrift „Communications Physics” (Nature-Verlag) über präzise Dissipationsspektren, die zeigen, daß Reibung in Flüssigkeiten unterhalb einer bestimmten Frequenz abrupt auftritt. Oberhalb dieser Frequenz erscheinen viskose Flüssigkeiten als nicht dissipative, elastische Festkörper. Das rapide Einsetzen der Reibung erfolgt im Terahertz-Bereich und impliziert, daß die effektiven Brownschen Kräfte auf die Moleküle ausgeprägt nicht-markoffsch sind. Die Forscher planen, ihren Ansatz auf andere Probleme anzuwenden, bei denen ebenfalls Gedächtniseffekte relevant sind, z.B. Zellmigration und die faszinierenden mechanischen Eigenschaften weicher Materialien.

(Übersetzt mit Unterstützung durch www.DeepL.com/Translator)

Publikation:

A. V. Straube, B. G. Kowalik, R. R. Netz, and F. Höfling,
Rapid onset of molecular friction in liquids bridging between the atomistic and hydrodynamic pictures,
Commun. Phys. 3, 126 (2020).

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