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Grenzflächendynamik bei Strukturbildungsprozessen / FOR 301

Interface Dynamics in Pattern Formation

19.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Viele interessante Prozesse in der Natur beinhalten den Übergang von einem homogenen, strukturlosen Ausgangszustand zu einem geordneten, strukturierten Endzustand. Ein bekanntes Beispiel ist die Bildung von Schneeflocken aus Wasser. Das detaillierte Verständnis derartiger Prozesse ist sowohl für viele technologische Prozesse als auch wichtige Fragen der Grundlagenforschung von zentralem Interesse. In der Forschergruppe wird der Zusammenhang zwischen Strukturbildung und der Dynamik phasenseparierender Grenzflächen untersucht, der insbesondere für Strukturbildungsprozesse in inhomogenen Systemen wichtig ist. Dazu sollen für fünf physikalisch interessante Beispielsituationen experimentelle Untersuchungen in quantitative Übereinstimmung mit theoretischen Modellierungen und numerischen Simulationen gebracht werden. Die konkreten Ziele der Arbeit der Forschergruppe beinhalten die nichtlineare Musterbildung bei Oberflächeninstabilitäten mit nichtmonotonen Dispersionsrelationen, die Erstellung eines Morphologiediagramms für Kristallwachstum unter Berücksichtigung von Konvektion, die experimentelle Kontrolle von Ionentransport in chemisch aktiven Medien durch äußere Lichtquellen, die experimentelle Realisierung und theoretische Analyse der Ausbreitung chemischer Wellen auf gekrümmten Oberflächen und die Untersuchung des Wechselspiels von Konzentration, Konvektion und elektrischem Feld bei der Elektrodeposition. Im Mittelpunkt der mathematischen Projekte steht die Frage der Eignung expliziter und impliziter Grenzflächenbewegungs-Algorithmen für die auftretenden Fragestellungen.

Many interesting processes in nature involve the transition from a uniform, featureless state to one displaying structure and order. A well-known example is the formation of snow flakes from water. The detailed understanding of such processes of structure formation is of crucial importance in various situations ranging from basic research to technological applications. In the research group the relation between pattern formation and the dynamics of the phase separating interface is investigated by combining modern methods of theoretical and experimental physics and numerical mathematics. The concrete scientific goals of the research unit comprise the non-linear aspects of the pattern formation on surfaces of fluids with non-monotonous dispersion relation, the construction of a morphology diagram for crystal growth incorporating convection, the experimental control of ion transport in chemically active media by external light sources, the experimental realization and theoretical analysis of the propagation of chemical waves on curved surfaces, and the interplay between concentration, convection, and electrical field in electrodeposition. The focus of the mathematical projects is on issues concerning the implementation of explicit and implicit algorithms for moving boundary problems.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr. Andreas Engel
Institut für Theoretische Physik der Universität Magdeburg
Postfach 41 20 · 39016 Magdeburg
Tel.: (0391) 67-18541 · Fax.: (0391) 67-11205
E-Mail: andreas.engel@physik.uni-magdeburg.de

Further Information: david.math.uni-magdeburg.de/struktur/index.html