Ordnung in der Unordnung bestätigt

Foto: Ein Haufen Streichhölzer

In gleichförmig aufgebauten Materialien bewegen sich mikroskopisch kleine Partikel meist gemäß den Regeln der Brownschen Molekularbewegung - das ist die normale Diffusion. Sehr viel weniger gleichmäßig laufen dagegen Transportprozesse in ungeordneten Materialien ab. Professor Erwin Frey und seine Mitarbeiter Felix Höfling und Dr. Thomas Franosch vom Department für Physik der Ludwig-Maximilians- Universität (LMU) München zeigen, dass in diesen Fällen das seit längerem bekannte Lorentz-Modell zur Anwendung kommt.

"Die Unregelmäßigkeiten im Aufbau ungeordneter Materialien verlangsamen den Transport", so Frey. "Die Transporteigenschaften der Partikel hängen dann direkt mit diesen strukturellen Hindernissen zusammen. Uns ist es jetzt gelungen, das dynamische Verhalten direkt von den zugrunde liegenden geometrischen Strukturen abzuleiten."

"Wenn es Abweichungen von der normalen Diffusion gibt, deutet das auf komplexe Materialeigenschaften hin", berichtet Frey. Ungeordnete Materialien weisen Poren verschiedenster Größe auf, durch die sich die Teilchen bewegen können. Es entsteht in gewisser Weise ein dreidimensionales Netz mit kleinen und großen Maschenweiten.

"In biologischen Zellen beispielsweise kann man beobachten, dass sich Proteine nicht in normaler, sondern anomaler Diffusion bewegen", so Frey. "Man führt das auf die hohe Dichte und die unregelmäßige Anordnung der zellulären Bausteine zurück."

"Das Lorentz-Modell beschreibt den Transport klassischer Teilchen in einem ungeordneten System. Aber erst seit unserer Arbeit ist klar, wodurch die Lokalisierung der Teilchen bei hohen Hindernisdichten verursacht wird. Ganz genau gelang uns erstmals die Beschreibung der langsamen Dynamik und des Lokalisierungsüberganges bei sehr hoher Hindernisdichte“, berichtet Frey.

Diese Ergebnisse erlauben weite Anwendungen von der Biologie zur Materialwissenschaft, weil sie universell für alle ungeordneten Materialien gelten.

COMPAMED.de; Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München