Effect of Perturbations on the Transport of Particles on Magnetic Patterns

Titelangaben

Rossi, Anna:
Effect of Perturbations on the Transport of Particles on Magnetic Patterns.
Bayreuth , 2025 . - VI,102 S.
( Dissertation, 2024 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)

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Abstract

This cumulative thesis studies the effect of perturbations on the response of the transport of colloidal or macroscopic particles on ordered and disordered magnetic patterns exposed to a magnetic or mechanic driving. I investigate the effect of three different forms of the perturbation of magnetic systems. First, the impact of small perturbations in the distribution of magnetization on the mobility of macroscopic particles pulled against gravity between twisted alternating magnetic square patterns is analysed. Then, a topologically protected system that is robust to large perturbations of its magnetic pattern is considered. Paramagnetic colloidal particles are placed on top of a periodic magnetic pattern and become subject to periodic adiabatic driving of the external magnetic field orientation along a closed loop. I compare the topological transport above the periodic pattern with the same transport above a perturbed, strongly deformed pattern. A region of an otherwise periodic magnetic square pattern is deformed by squeezing new unit cells into the unperturbed pattern. The effect of different shapes and sizes of these inserted regions are investigated and the robustness of the transport is tested. In the same topological system, I study the effect on the transport by first, perturbing the dipolar interaction between the particles, by secondly, perturbing the interaction of the particles with the pattern, and by thirdly perturbing the pattern. By doing so, I am searching for parameter regions with nontrivial particle transport as a function of time.

Abstract in weiterer Sprache

Diese kumulative Arbeit untersucht den Einfluss von Störungen auf die Reaktion des Transportes von kolloidalen oder makroskopischen Teilchen auf geordneten und ungeordneten magnetischen Mustern, die einem magnetischen oder mechanischen Antrieb ausgesetzt sind. Ich untersuche die Wirkung von drei verschiedenen Arten von Störungen in magnetischen Systemen. Zunächst wird der Einfluss kleiner Störungen in der Magnetisierungsverteilung auf die Beweglichkeit makroskopischer Teilchen analysiert, welche entgegen der Schwerkraft zwischen zwei gegeneinander verdrehten, alternierenden magnetischen Quadratmustern gezogen werden. Dann wird ein topologisch geschütztes System betrachtet, welches robust gegenüber großen Störungen seines magnetischen Musters ist. Paramagnetische kolloidale Teilchen werden auf einem periodischen magnetischen Muster platziert und unterliegen der periodischen adiabatischen Veränderung der Ausrichtung des externen Magnetfeldes entlang eines geschlossenen Schleife. Ich vergleiche den topologischen Transport auf dem periodischen Magnetmuster mit dem gleichen Transport auf einem gestörten, stark deformierten Magnetmuster. Eine Region eines ansonsten periodischen, magnetischen Quadratmusters wird verformt, indem neue Elementarzellen in das ungestörte Muster eingefügt werden. Der Einfluss unterschiedlicher Formen und Größen dieser eingefügten Regionen wird untersucht und die Robustheit des Transports getestet. Im gleichen topologischen System untersuche ich die Auswirkung verschiedener Störungen auf den Transport, indem ich die dipolare Wechselwirkung zwischen den Teilchen, die Wechselwirkung der Teilchen mit dem Muster, sowie das Muster störe. Ich suche nach Parameterbereichen mit nicht trivialem Teilchentransport in Abhängigkeit von der Zeit.