Selbstkonsistenter Ansatz für magnetische weiche Materie
Self-consistent simulation approach to magnetic soft matter
Wissenschaftsdisziplinen
Informatik (30%); Nanotechnologie (20%); Physik, Astronomie (50%)
Keywords
-
Magnetic soft matter,
Hyperthermia,
Molecular Dynamics,
Micromagnetic Simulations,
Dynamic Response
In diesem Projekt wird das Verhalten von magnetischen Kolloiden in flüssigen und Gel-Trägern in magnetischen Wechselfeldern mit Hilfe von Computersimulationen untersuchen, um einerseits das fundamentale Wechselspiel zwischen Form und Art auf die Kolloidpartikel wirkenden magnetischen, mechanischen und hydrodynamischen Kräfte und der daraus resultierenden dynamischen magnetischen Antwort zu beleuchten und andererseits die effizientesten Systeme für Anwendungen in der Hyperthermie zu finden. Hyperthermie findet beispielsweise in der Krebsbehandlung Anwendung. Die Beantwortung dieser höchst relevanten Forschungsfragen benötigen einen qualitativ völlig neuen Ansatz, der sowohl die intrinsische Magnetisierungsdynamik der Partikel als auch ihre räumliche Diffusion/Selbstorganisation der Partikeln berücksichtigt. Das SAM-Projekt bringt Experten aus zwei verschiedenen Bereichen zusammen, um das Feld der molekularen Dynamik magnetischer Kolloide mit dem Feld der thermisch aktivierten Mikromagnetik zu verschmelzen. Das Ergebnis dieser Synergie wird eine selbstkonsistente Lösung der Langevin- Bewegungsgleichungen für magnetische Kolloide in Kombination mit der Magnetisierungsdynamik einzelner Partikel sowohl in flüssigen als auch in Gelträgern bei finiter Temperatur sein. Ein solcher Ansatz kann aufgrund der einzigartigen Kombination von Fachwissen des PI und des nationalen Forschungspartners konstruiert werden: grobkörnige molekulardynamische Simulationen von magnetisch weicher Materie (PI) und Mikromagnetik (nationaler Forschungspartner). Eine wichtige Anwendung des entwickelten Ansatzes wird die Untersuchung der Hyperthermie sein. Das entwickelte Modell wird es ermöglichen, sowohl Neel- als auch Brownsche Erwärmungsmechanismen innerhalb desselben Modells zu untersuchen, wodurch es möglich sein wird, den Beitrag und die Bedeutung beider als Funktion der Eigenschaften der magnetischen Partikel (magnetische Anisotropie, Sättigungsmagnetisierung, Form, Größe und Dichte) sowie die Eigenschaften des Trägers (Viskosität für Flüssigkeiten und Elastizität für Gele) im Detail zu untersuchen. SAM führt die Physik des Mikromagnetismus und der Weichen Materie zusammen. Diese beiden Bereiche entwickeln sich bisher hauptsächlich parallel, ungeachtet des potenziellen Gewinns und der positiven Auswirkungen von Kooperationen. Ein solches gemeinsames Projekt, die Dynamik der magnetischen weichen Materie grundlegend zu verstehen, ist essentiell, um bei der Entwicklung neuer funktionaler Materialien für Hyperthermie realisieren zu können.
Magnetische Kolloide - winzige magnetische Partikel, die in Flüssigkeiten oder weichen Gelen verteilt sind - spielen eine Schlüsselrolle in vielen neuen Technologien, insbesondere in biomedizinischen Anwendungen wie der magnetischen Hyperthermie zur Krebsbehandlung. In solchen Systemen führen äußere wechselnde Magnetfelder dazu, dass sich die Partikel bewegen, drehen und ihren magnetischen Zustand ändern. Dadurch wird Wärme erzeugt oder andere gezielt nutzbare Effekte treten auf. Wie effizient und kontrollierbar diese Prozesse sind, hängt in komplexer Weise von der Größe, Form und inneren Struktur der Partikel sowie von ihrer Wechselwirkung mit der umgebenden Matrix ab. Trotz ihrer großen Bedeutung ist der grundlegende Zusammenhang zwischen der inneren magnetischen Dynamik einzelner Partikel, ihrer kollektiven Bewegung und Selbstorganisation sowie der daraus resultierenden makroskopischen magnetischen Antwort bislang nicht vollständig verstanden. Um diese Herausforderung zu bewältigen, ist ein neuer, integrierter Ansatz erforderlich, der magnetische und mechanische Effekte gleichwertig berücksichtigt. Das Projekt SAM hat zum Ziel, diese Zusammenhänge systematisch zu untersuchen, indem magnetische Kolloide in flüssigen und gelartigen Umgebungen unter alternierenden Magnetfeldern analysiert werden. Dazu wird ein neuartiger theoretischer und computergestützter Ansatz entwickelt, der sowohl das magnetische Verhalten innerhalb der einzelnen Partikel als auch deren Bewegung und Umlagerung im umgebenden weichen Material beschreibt und dabei auch thermische Fluktuationen berücksichtigt. Auf dieser Grundlage werden die beiden zentralen Mechanismen der Wärmeerzeugung in der magnetischen Hyperthermie - die Néel- und die Brown'sche Relaxation - untersucht. Analysiert wird, wie diese Prozesse von den Eigenschaften der Partikel (wie Größe, Form, magnetische Anisotropie und Magnetisierung) sowie von der Viskosität oder Elastizität des Trägermediums abhängen. Die theoretischen Vorhersagen werden durch magnetische Messungen an experimentell verfügbaren Partikelsystemen überprüft. Durch die Verbindung der Physik des Magnetismus mit der Weiche-Materie-Physik liefert SAM neue grundlegende Erkenntnisse über die Dynamik magnetischer weicher Materialien. Diese Ergebnisse bilden eine wichtige Grundlage für das gezielte Design zukünftiger magnetisch steuerbarer Systeme mit verbesserter Leistungsfähigkeit für biomedizinische und technologische Anwendungen.
- Universität Wien - 100%
- Dieter Süss, Universität Wien , nationale:r Kooperationspartner:in
Research Output
- 67 Zitationen
- 27 Publikationen
- 2 Policies
- 2 Künstlerischer Output
- 1 Methoden & Materialien
- 2 Disseminationen
- 1 Weitere Förderungen
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2025
Titel Viscoelastic flow instability in planar shear flow DOI 10.1063/5.0261021 Typ Journal Article Autor Kantorovich S Journal Physics of Fluids -
2025
Titel Dynamic magnetic response of multicore particles: The role of grain magnetic anisotropy and intergrain interactions DOI 10.1016/j.molliq.2024.126842 Typ Journal Article Autor Novak E Journal Journal of Molecular Liquids -
2023
Titel Magnetostatic response and field-controlled haloing in binary superparamagnetic mixtures. DOI 10.1103/physreve.108.064603 Typ Journal Article Autor Kantorovich Ss Journal Physical review. E Seiten 064603 -
2023
Titel Multicore-based ferrofluids in zero field: initial magnetic susceptibility and self-assembly mechanisms. DOI 10.1039/d3sm00440f Typ Journal Article Autor Kuznetsov Aa Journal Soft matter Seiten 4549-4561 -
2025
Titel Thermal Stoner-Wohlfarth model for magnetodynamics of single domain nanoparticles: Implementation and validation DOI 10.1103/physrevb.111.014438 Typ Journal Article Autor Kuznetsov A Journal Physical Review B -
2023
Titel Relating the length of a magnetic filament with solvophobic, superparamagnetic colloids to its properties in applied magnetic fields. DOI 10.1103/physreve.108.054601 Typ Journal Article Autor Mostarac D Journal Physical review. E Seiten 054601 -
2023
Titel Controlling the coarsening dynamics of ferrogranular networks by means of a vertical magnetic field. DOI 10.1103/physreve.108.054905 Typ Journal Article Autor Biersack M Journal Physical review. E Seiten 054905 -
2023
Titel Self-consistent solution of magnetic and friction energy losses of a magnetic nanoparticle DOI 10.1103/physrevb.107.054416 Typ Journal Article Autor Abert C Journal Physical Review B -
2023
Titel Role of ionic surfactant in magnetic dynamics of self-assembled dispersions of nanoplatelets DOI 10.1016/j.molliq.2023.121900 Typ Journal Article Autor Küster M Journal Journal of Molecular Liquids -
2024
Titel Structure and dynamics in suspensions of magnetic platelets. DOI 10.1039/d4nr01120a Typ Journal Article Autor Kantorovich Ss Journal Nanoscale Seiten 10250-10261 -
2024
Titel The impact of cross-linker distribution on magnetic nanogels: encapsulation, transport and controlled release of the tracer. DOI 10.1039/d4sm00797b Typ Journal Article Autor Novak Ev Journal Soft matter Seiten 8765-8774 -
2023
Titel The influence of anisotropy on the microstructure and magnetic properties of dipolar nanoplatelet suspensions. DOI 10.1039/d2cp03360g Typ Journal Article Autor Kantorovich S Journal Physical chemistry chemical physics : PCCP Seiten 2781-2792 -
2022
Titel Magnetic Filaments Typ PhD Thesis Autor Deniz Mostarac Link Publikation -
2022
Titel https://utheses.univie.ac.at/detail/63109 Typ PhD Thesis Autor Martin Kaiser Link Publikation -
2022
Titel Magnetostatic response and field-controlled haloing in binary superparamagnetic mixtures DOI 10.48550/arxiv.2211.10998 Typ Preprint Autor Kuznetsov A -
2023
Titel Microstructure and magnetic response of colloidal magnetic platelets Typ PhD Thesis Autor Margaret Rosenberg Link Publikation -
2022
Titel Nanopolymers for magnetic applications: how to choose the architecture? DOI 10.1039/d2nr01502a Typ Journal Article Autor Mostarac D Journal Nanoscale Seiten 11139-11151 Link Publikation -
2022
Titel Structural transitions and magnetic response of supramolecular magnetic polymerlike structures with bidisperse monomers DOI 10.1103/physreve.105.054601 Typ Journal Article Autor Novak E Journal Physical Review E Seiten 054601 -
2022
Titel The importance of being a cube: Active cubes in a microchannel DOI 10.1016/j.molliq.2022.119318 Typ Journal Article Autor Kaiser M Journal Journal of Molecular Liquids Seiten 119318 Link Publikation -
2022
Titel Magneto-elastic coupling as a key to microstructural response of magnetic elastomers with flake-like particles DOI 10.1039/d1sm01349a Typ Journal Article Autor Dobroserdova A Journal Soft Matter Seiten 496-506 -
2022
Titel Structural and magnetic equilibrium properties of a semi-dilute suspension of magnetic multicore nanoparticles DOI 10.1016/j.molliq.2022.119373 Typ Journal Article Autor Kuznetsov A Journal Journal of Molecular Liquids Link Publikation -
2021
Titel Flux and separation of magneto-active superballs in applied fields DOI 10.1039/d1cp03343c Typ Journal Article Autor Kaiser M Journal Physical Chemistry Chemical Physics Seiten 23827-23835 Link Publikation -
2022
Titel Rheology of a Nanopolymer Synthesized through Directional Assembly of DNA Nanochambers, for Magnetic Applications DOI 10.1021/acs.macromol.2c00738 Typ Journal Article Autor Mostarac D Journal Macromolecules Seiten 6462-6473 Link Publikation -
2022
Titel Behaviour of a magnetic nanogel in a shear flow DOI 10.1016/j.molliq.2021.118056 Typ Journal Article Autor Novikau I Journal Journal of Molecular Liquids Seiten 118056 Link Publikation -
2021
Titel Divalent Multilinking Bonds Control Growth and Morphology of Nanopolymers DOI 10.1021/acs.nanolett.1c03009 Typ Journal Article Autor Xiong Y Journal Nano Letters Seiten 10547-10554 Link Publikation -
2021
Titel Behaviour of a magnetic nanogel in a shear flow DOI 10.48550/arxiv.2111.05376 Typ Preprint Autor Novikau I -
2021
Titel The influence of an applied magnetic field on the clusters formed by Stockmayer supracolloidal magnetic polymers DOI 10.1016/j.jmmm.2020.167445 Typ Journal Article Autor Zverev V Journal Journal of Magnetism and Magnetic Materials Seiten 167445
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2023
Link
Titel Artistic cover DOI 10.1039/d2cp03360g Typ Image Link Link -
2022
Link
Titel Magnetic Filaments Typ Image Link Link
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2022
Titel MMM Typ Research grant (including intramural programme) Förderbeginn 2022 Geldgeber University of Vienna