Descripción del proyecto
Estudio de las interacciones en cristales coloidales
Estudios recientes han revelado que los cristales coloidales exhiben propiedades similares a las de los organismos vivos, como la autorreplicación, la autorreparación, la adaptación, la competencia y la movilidad. El objetivo del proyecto financiado con fondos europeos Ph. D es investigar más a fondo cómo se comportan cristales coloidales adaptativos y dinámicos lejos del equilibrio termodinámico y cómo controlar sus interacciones a escala nanométrica. En este contexto, los investigadores emplearán un láser ultrarrápido para llevar a un sistema coloidal cuasibidimensional confinado lejos de su equilibrio termodinámico. El equipo espera observar la formación de un rico conjunto de cristales coloidales adaptativos y dinámicos a partir de esferas de poliestireno puro con un diámetro de 500 nm. Descubrir los principios de sistemas adaptativos y dinámicos complejos tendrá repercusiones de gran calado en varios campos diferentes, incluidos la microfluídica, la biología y la nanociencia.
Objetivo
We recently reported the first observation of dynamic adaptive colloidal crystals exhibiting characteristics similar to those commonly associated with living organisms: self-replication, self-healing, adaptation, competition, motility. Here, I propose to do the first experiments to clarify precisely how dynamic adaptive behavior arises far from equilibrium and how to control it. The key to both is a fundamental question at the heart of condensed matter, statistical and nonlinear physics: When far from equilibrium, in the presence of fluctuations and faced with multiple steady states with small energy differences, how does a system evolve? Specifically, my objectives are (1) to form crystals with periodic and aperiodic patterns, e.g. 2D Bravais lattices, quasicrystals, using passive identical particles, (2) to quantify their formation energies through the effective temperature of Brownian particles, (3) to identify the conditions for emergence and control of adaptive behavior. Then, I will draw a complete phase map of these dynamic adaptive colloidal crystals using fitness landscapes to characterize each pattern. I will further ask to what extent this control is extendable down to the few-nm scale, where fluctuations are even stronger and if and how these findings change when using nonidentical, in size or shape, but still passive particles. My system comprises quasi-2D-confined pure-polystyrene 500-nm spheres suspended in water. An energy flux to drive the system far from equilibrium and sustain it there is supplied by an ultrafast laser. My method exploits only three physical tenets, nonlinearity, fluctuations and positive/negative feedback mechanisms acting on identical passive particles, yet generates extremely rich emergent dynamics. A full understanding of how such dynamics arise from so few basic ingredients will advance our understanding of complex systems in addition to numerous practical applications to self-assembly, microfluidics, nanoscience and biology.
Ámbito científico (EuroSciVoc)
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
- ciencias naturalesciencias físicasmecánica clásicamecánica de fluidosmicrofluidics
- ciencias naturalesciencias físicasópticafísica del láser
Para utilizar esta función, debe iniciar sesión o registrarse
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-STG - Starting GrantInstitución de acogida
44801 Bochum
Alemania