Topological Interactions in Ring Polymers

پلیمرهای حلقه یکی از آخرین رازهای بزرگ در فیزیک پلیمرها هستند، و این پایان نامه به مشکل توصیف رفتار آنها در هنگام تعامل در محلول های متراکم و با محیط های پیچیده می پردازد و یافته های کلیدی را گزارش می دهد که به روشن شدن این مسائل پیچیده کمک می کند. سیستم‌های مورد بررسی به سیستم‌های پلیمری مصنوعی محدود نمی‌شوند، بلکه مجموعه‌های الهام‌گرفته از بیولوژیک را نیز پوشش می‌دهند، که به کاربرد گسترده و علاقه نتیجه‌گیری‌های به دست آمده کمک می‌کند. یکی از قابل توجه ترین یافته ها شواهد روشنی است که نشان می دهد حلقه ها در محلول های متراکم به یکدیگر نفوذ می کنند. در اینجا نشان داده شده است که این رفتار منجر به ظهور یک حالت شیشه ای می شود که صرفاً توسط توپولوژی اجزای تشکیل دهنده هدایت می شود. این حالت شیشه‌ای جدید در ماهیت خود غیر متعارف است و به لطف خواص جهانی آن که از فیزیک پلیمر به ارث رسیده است، توجه طیف وسیعی از فیزیکدانان را در سال‌های آینده به خود جلب خواهد کرد.

Ring polymers are one of the last big mysteries in polymer physics, and this thesis tackles the problem of describing their behaviour when interacting in dense solutions and with complex environments and reports key findings that help shed light on these complex issues. The systems investigated are not restricted to artificial polymer systems, but also cover biologically inspired ensembles, contributing to the broad applicability and interest of the conclusions reached. One of the most remarkable findings is the unambiguous evidence that rings inter-penetrate when in dense solutions; here this behaviour is shown to lead to the emergence of a glassy state solely driven by the topology of the constituents. This novel glassy state is unconventional in its nature and, thanks to its universal properties inherited from polymer physics, will attract the attention of a wide range of physicists in the years to come.