Macroscopic aspects of ferromagnetic nematic phases, tetrahedral order in ferrogels, and magnetorheological fluids

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Potisk, Tilen:
Macroscopic aspects of ferromagnetic nematic phases, tetrahedral order in ferrogels, and magnetorheological fluids.
Bayreuth , 2019 . - VII, 123 S.
( Dissertation, 2019 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)

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Abstract

This thesis deals with the construction of macroscopic models for several magnetic macroscopic phases. The results are applied to the available experimental data or simple experimental suggestions are made for detecting static or dynamic aspects of each phase. The considered magnetic systems are ferromagnetic nematic liquid crystals, tetrahedral ferromagnetic gels and magnetorheological fluids. A common feature in the description of these systems is the inclusion of an independent dynamic equation for the magnetization. This is a variable that changes sign under time reversal. Such behavior introduces profound consequences on the static as well as dynamic phenomena, which are not possible in nonmagnetic systems. The approach used in this thesis is macroscopic dynamics which is based on linear irreversible thermodynamics. The equations are nevertheless highly nonlinear as the transport tensors are generally dependent on the variables. Macroscopic dynamics provides a systematic description valid on length and time scales much larger than the ones characteristic for microscopic degrees of freedom. It can be applied to many different systems and to different geometries.

Abstract in weiterer Sprache

Diese Dissertation befasst sich mit der Herleitung einer makroskopischen Beschreibung für mehrere magnetische makroskopische Phasen. Die Ergebnisse werden mit den verfügbaren experimentellen Daten verglichen und wir machen einfache experimentelle Vorschläge zur Messung statischer oder dynamischer Aspekte jeder Phase. Die betrachteten magnetischen Systeme sind ferromagnetische nematische Flüssigkristalle, tetrahedrale ferromagnetische Gele und magnetorheologische Flüssigkeiten. Ein gemeinsames Merkmal in der Beschreibung dieser Systeme ist die Einbeziehung einer unabhängigen dynamischen Gleichung für die Magnetisierung. Diese ist eine Variable, die das Vorzeichen unter Zeitumkehr ändert. Ein solches Verhalten führt zu tiefgreifenden Folgen für die statischen und dynamischen Phänomene, die in nichtmagnetischen Systemen nicht möglich sind. In dieser Dissertation wird die Methode der makroskopischen Dynamik verwendet, die auf linearer, irreversibler Thermodynamik basiert. Die Gleichungen sind jedoch stark nichtlinear, weil generell die Transporttensoren von den Variablen abhängig sind. Die makroskopische Dynamik liefert eine systematische Beschreibung, die auf Längenund Zeitskalen gültig ist, welche viel gröosser sind als die für mikroskopische Freiheitsgrade charakteristischen Skalen. Man kann deswegen die makroskopische Dynamik auf viele verschiedene Systeme und auf verschiedene Geometrien anwenden.