Phase Field Modeling of Dendritic Growth on Spherical Surfaces

The spontaneous formation of a crystal phase is one of the most common and beautiful pattern formation mechanisms in nature. Different instabilities in the crystal interface may lead to the growth of ramified structures, known as dendritic crystal growth. In this work, we use a Phase Field Model and numerical simulations to study 2D dendritic growth on curved surfaces. We show how the degree of ramification of a growing nucleus is modified by the underlying curvature of the substrate.Fil: Ortellado, Laureano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Gomez, Leopoldo Raimundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentin

Packing structure of semiflexible rings

Unraveling the packing structure of dense assemblies of semiflexible rings is not only fundamental for the dynamical description of polymer rings, but also key to understand biopackaging, such as observed in circular DNA of viruses or genome folding. Here we use X-ray tomography to study the geometrical and topological features of disordered packings of rubber bands in a cylindrical container. Assemblies of short bands assume a liquidlike disordered structure, with short-range orientational order, and reveal only minor influence of the container. In the case of longer bands, the confinement causes folded configurations and the bands interpenetrate and entangle. Most of the systems are found to display a threading network which percolates the system. Surprisingly, for long bands whose diameter is more than twice the diameter of the container, we found that all bands interpenetrate each other, in a complex fully entangled structure.Fil: Gomez, Leopoldo Raimundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: García, Nicolás. Institut Laue Langevin; Francia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Poschel, Thorsten. Universitat Erlangen-nurnberg. Institute Of Multiscale Simulation.; Alemani

Crystallization dynamics on curved surfaces

We study the evolution from a liquid to a crystal phase in two-dimensional curved space. At early times, while crystal seeds grow preferentially in regions of low curvature, the lattice frustration produced in regions with high curvature is rapidly relaxed through isolated defects. Further relaxation involves a mechanism of crystal growth and defect annihilation where regions with high curvature act as sinks for the diffusion of domain walls. The pinning of grain boundaries at regions of low curvature leads to the formation of a metastable structure of defects, characterized by asymptotically slow dynamics of ordering and activation energies dictated by the largest curvatures of the system. These glassylike ordering dynamics may completely inhibit the appearance of the ground-state structures.Fil: García, Nicolás. Consejo Nacional de Invest.cientif.y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnol.conicet - Bahia Blanca. Instituto de Fisica del Sur; Universidad Nacional del Sur;Fil: Vega, Daniel Alberto. Consejo Nacional de Invest.cientif.y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnol.conicet - Bahia Blanca. Instituto de Fisica del Sur; Universidad Nacional del Sur;Fil: Gomez, Leopoldo Raimundo. Consejo Nacional de Invest.cientif.y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnol.conicet - Bahia Blanca. Instituto de Fisica del Sur; Universidad Nacional del Sur

Thermal properties of vortices on curved surfaces

We use Monte Carlo simulations to study the finite temperature behavior of vortices in the XY model for tangent vector order on curved backgrounds. Contrary to naive expectations, we show that the underlying geometry does not affect the proliferation of vortices with temperature respect to what is observed on a flat surface. Long-range order in these systems is analyzed by using two-point correlation functions. As expected, in the case of slightly curved substrates these correlations behave similarly to the plane. However, for high curvatures, the presence of geometry-induced unbounded vortices at low temperatures produces the rapid decay of correlations and an apparent lack of long-range order. Our results shed light on the finite-temperature physics of soft-matter systems and anisotropic magnets deposited on curved substrates.Fil: Leopoldo R. Gómez. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: García, Nicolás A.. Institut Laue Langevin; FranciaFil: Vega, Daniel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Lorenzana, José. Università degli studi di Roma "La Sapienza"; Itali

A device for studying fluid-induced cracks under mixed-mode loading conditions using x-ray tomography

We introduce an innovative instrument designed to investigate fluid-induced fractures under mixed loading conditions, including uniaxial tension and shear stress, in gels and similar soft materials. Equipped with sensors for measuring force, torque, and fluid pressure, the device is tailored for compatibility with x-ray tomography scanners, enabling non-invasive 3D analysis of crack geometries. To showcase its capabilities, we conducted a study examining crack-front segmentation in a hydrogel subjected to air pressure and a combination of tension and shear stress.Fil: Santarossa, Angel Agustín. Universitat Erlangen-Nuremberg; AlemaniaFil: Ortellado, Laureano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Sack, Achim. Universitat Erlangen-Nuremberg; AlemaniaFil: Gomez, Leopoldo Raimundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Poschel, Thorsten. Universitat Erlangen-Nuremberg; Alemani

Transmission and Reflection of Strongly Nonlinear SolitaryWaves at Granular Interfaces

The interaction of a solitary wave with an interface formed by two strongly nonlinear noncohesive granular lattices displays rich behavior, characterized by the breakdown of continuum equations of motion in the vicinity of the interface. By treating the solitary wave as a quasiparticle with an effective mass, we construct an intuitive (energy- and linear-momentum-conserving) discrete model to predict the amplitudes of the transmitted solitary waves generated when an incident solitary-wave front, parallel to the interface, moves from a denser to a lighter granular hexagonal lattice. Our findings are corroborated with simulations. We then successfully extend this model to oblique interfaces, where we find that the angle of refraction and reflection of a solitary wave follows, below a critical value, an analogue of Snell?s law in which the solitary-wave speed replaces the speed of sound, which is zero in the sonic vacuum.Fil: Tichler, A. M.. Universiteit Leide. Instituut-Lorentz for Theoretical Physics; Holanda; Shell Global Solutions International; Holanda;Fil: Gomez, Leopoldo Raimundo. Universidad Nacional del Sur; Consejo Nacional de Invest Cientifícas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnológico - CONICET - Bahia Blanca. Instituto de Fisica del Sur; Argentina;Fil: Upadhyaya, N.. Universiteit Leide. Instituut-Lorentz for Theoretical Physics; Holanda;Fil: Campman, X. Shell Global Solutions International; Holanda;Fil: Nesterenko, V. F.. University of California. Jacobs School of Engineering; Estados Unidos de América;Fil: Vitelli, V.. Universiteit Leide. Instituut-Lorentz for Theoretical Physics; Holanda

Curvature as a Guiding Field for Patterns in Thin Block Copolymer Films

Experimental data on thin films of cylinder-forming block copolymers (BC)—free-standing BCmembranes as well as supported BC films—strongly suggest that the local orientation of the BC patternsis coupled to the geometry in which the patterns are embedded. We analyze this phenomenon using generalsymmetry considerations and numerical self-consistent field studies of curved BC films in cylindricalgeometry. The stability of the films against curvature-induced dewetting is also analyzed. In goodagreement with experiments, we find that the BC cylinders tend to align along the direction of curvature athigh curvatures. At low curvatures, we identify a transition from perpendicular to parallel alignment insupported films, which is absent in free-standing membranes. Hence both experiments and theory show thatcurvature can be used to manipulate and align BC patterns.Fil: Vu, Giang Thi. Johannes Gutenberg Universitat Mainz; AlemaniaFil: Abate, Anabella Angela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Gomez, Leopoldo Raimundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Pezzutti, Aldo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Register, Richard A.. University of Princeton; Estados UnidosFil: Vega, Daniel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Schmid, Friederike. Johannes Gutenberg Universitat Mainz; Alemani

Estudio de velocidad de impacto con acelerador de micropartículas

El impacto de proyectiles sobre materiales blandos produce la formación de una onda de choque, lo que causa deformaciones plásticas muy rápidas, y conduciendo a que el mismo trabaje largamente fuera del límite elástico (flujo plástico). Aunque en principio se tiende a pensar que los materiales duros, son mejores a la hora de diseñar materiales que soporten las condiciones del impacto, esto no necesariamente es cierto, ya que hay aplicaciones donde la baja densidad y transparencia son relevantes. La respuesta de los materiales blandos como los polímeros son mucho mejores, debido a su capacidad de disipar energía en un amplio espectro temporal, mientras mantiene su estabilidad estructural.En este trabajo presentamos un equipo diseñado para acelerar partículas micrométricas para estudiar la disipación de impactos en polímeros y copolímeros.Fil: Barrios, Siria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Lance, Pedro Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Abatte, Anabella. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Piqueras, Cristian Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Vega, Daniel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Satti, Angel Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Gomez, Leopoldo Raimundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaVII Encuentro Argentino de Materia BlandaVitualArgentinaUniversidad Ncional de Buenos AiresUniversidad Nacional de San MartínInstituto de Nanociencia y Nanotecnologí

Velocity Distributions in a Gas-Gun Microparticle Accelerator

Here, we build and characterize a single-stage gas-gun microparticle accelerator, where a pressurized gas expands and launches particles on a target. The microparticles in the range of 60-250 μm are accelerated by the expansion of pressurized nitrogen. By using a high-speed camera, we study how the velocity distribution of accelerated particles is modified by particle size, pressure in the gas reservoir, valve's opening time, and diaphragm's thickness and composition. We employ this microparticle accelerator to study the impact of glass particles with diameters of (69 ± 6) μm accelerated at moderate velocities ∼(10-25) m/s, using films of poly-dimethylsiloxane as targets.Fil: Barrios Borregales, Siria Karely del Carmen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; ArgentinaFil: Lance, Pedro Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; ArgentinaFil: Abate, Anabella Angela. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Prieto, Germán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería; ArgentinaFil: García, Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; ArgentinaFil: Piqueras, Cristian Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Vega, Daniel Alberto. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Satti, Angel Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química. Instituto de Química del Sur; ArgentinaFil: Gomez, Leopoldo Raimundo. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentin

Amorphous precursors of crystallization during spinodal decomposition

A general Landau's free energy functional is used to study the dynamics of crystallization during liquid-solid spinodal decomposition (SD). The strong length scale selectivity imposed during the early stage of SD induces the appearance of small precursors for crystallization with icosahedral order. These precursors grow in densely packed clusters of tetrahedra through the addition of new particles. As the average size of the amorphous nuclei becomes large enough to reduce geometric frustration, crystalline particles with a body-centered cubic symmetry heterogeneously nucleate on the growing clusters. The volume fraction of the crystalline phase is strongly dependent on the depth of quench. At deep quenches, the SD mechanism produces amorphous structures arranged in dense polytetrahedral aggregates. © 2011 American Physical Society.Fil: Gomez, Leopoldo Raimundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina. Leiden University; Países BajosFil: Vega, Daniel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentin