Numerical Methods for Computing Effective Transport Properties of Flashing Brownian Motors
我们开发了一个数值算法计算的有效漂移和扩散率的稳态行为的过阻尼粒子驱动的周期性电位的振幅调制的时间乘性噪声和强制加性高斯噪声（数学结构的闪烁布朗电机）。数值算法是基于Fokker-Planck方程的周期性边界条件和细胞问题的均匀化理论的结果的解决方案的谱分解。我们还表明，王，佩斯金，埃尔斯顿（WPE，2003年）的数值计算方法，计算上述数量是等价的，从均匀化理论。我们展示了如何适应这个问题的WPE数值方法通过离散乘性噪声通过有限体积法成离散状态马尔可夫跳过程，保留了许多重要的性质，如其不变的分布和细致平衡的原始连续状态的过程。我们的数值实验表明，这两种方法的有效性，谱方法可以有一些效率的优势，处理乘性随机噪声，特别是与强波动。
2013-09-03 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Closed-loop control strategy with improved current for a flashing ratchet
我们展示了如何打开和关闭集体布朗电动机的棘轮电位，仅取决于粒子的位置，以获得高于或至少等于任何周期性闪烁引起的电流。最大化的瞬间速度原来是一个粒子的最佳协议，但仍然击败了一个周期性的切换时，被认为是一个足够大的粒子系综。本文中提出的协议，虽然不是最佳的，产生近似相同的电流作为一个粒子的最佳协议，并作为一个无限数量的最佳周期性切换。
2007-09-19 cond-mat.stat-mech
Mechanical coupling in flashing ratchets
通过研究等间距点粒子组成的棒状链的过阻尼行为，研究了具有内部结构的刚性物体在闪烁棘轮势中的输运问题。在1D中，分析论证表明，响应于改变链的尺寸或热浴的温度，速度可以多次反向。物理原因是，机械耦合的物体所经历的有效电势可以具有与单个物体不同的对称性。所有的分析预测证实了布朗动力学模拟。这些结果可能提供一个简单的，粗粒度的分子马达运输模型，将一个对象的大小和旋转自由度的运输机制。
2006-02-04 cond-mat.stat-mech
The physical basis for Parrondo's games
几位作者暗示，Parrondo游戏的最初灵感来自一个被称为“闪烁布朗棘轮”的物理系统。这种关系在直觉上似乎很清楚，但令人惊讶的是，它还没有被严格地建立起来。在本文中，我们应用标准的有限差分方法的数值分析的福克-普朗克方程。我们导出了一组有限差分方程，并表明它们具有相同的形式Parrondo的游戏。Parrondo的游戏实际上是一种对Fokker-Planck方程进行采样的特殊方式。物理布朗棘轮已经建成并发挥了作用。希望本文提出的有限元方法能对闪光布朗棘轮的模拟和设计有所帮助。
2002-08-24 cond-mat.stat-mech
Efficiency of Brownian Motors
不同类型的布朗电机的效率进行了计算分析和数值。我们发现，电机的基础上闪烁棘轮提出了一个低效率和不可避免的熵产生。另一方面，一类基于电势变化的电动机，称为可逆棘轮，表现出更高的效率，并且熵产生可以任意减小。
1998-03-25 cond-mat.stat-mech
Diffusion in Flashing Periodic Potentials
分析了对称周期势场中受时间可逆噪声调制的一维过阻尼布朗运动。有效扩散系数的计算归结为平均首次通过时间问题。本文推导了布朗粒子在任意超对称势场中运动时的有效扩散系数的一般计算公式，该超对称势受高斯白噪声和马尔可夫二分噪声的调制.对于这两种情况下的有效扩散系数的精确表达式推导。我们得到的加速扩散与自由扩散的情况下，快速波动的电位与任意的轮廓，并在情况下（ii）的potential。在这种情况下，给出了可以观察到这种效应的参数区域。我们也得到一个有限的净扩散在没有热噪声。对于矩形势的扩散减慢的情况下，当粒子自由扩散相比，所有参数的噪声和电位。
2005-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Feedback control in a collective flashing ratchet
研究了反馈控制闪烁棘轮中的布朗粒子系综。棘齿电位根据粒子的位置打开和关闭，目的是使电流最大化。我们详细研究了一个协议，最大限度地提高即时速度的质心的合奏在任何时候。该协议是最佳的一个粒子和执行比任何定期闪烁的合奏中等大小，而击败了随机或定期切换大合奏。
2004-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Deep reinforcement learning for feedback control in a collective flashing ratchet
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
集体闪烁棘轮传输布朗粒子使用空间周期性的，不对称的，和时间依赖的开关可切换的潜力。通过基于颗粒位置的反馈控制，该系统中颗粒的净电流可以显著增加。已经提出了几个最大化电流的反馈政策，但还没有找到最佳的政策，为一个中等数量的粒子。在这里，我们使用深度强化学习（RL）来寻找最佳策略，结果表明，使用合适的神经网络架构构建的策略优于以前的策略。此外，即使在延迟反馈的情况下，潜在的开关切换延迟，我们证明了深RL提供的政策提供更高的电流比以前的策略。
2021-03-25 cond-mat.stat-mech cs.LG
Chiral Brownian rotor and heat pump
本文提供了一些全面的计算支持的结果在物理。100，130601（2008）[arXiv：0711.1758]。
2008-03-28 cond-mat.stat-mech
Chiral Brownian heat pump
本文给出了手征布朗马达和热泵的精确分析。对于纳米级器件，结构的优化预测了kHz量级的频率和每秒毫微微焦耳量级的冷却速率。
2007-11-12 cond-mat.stat-mech
Information and flux in a feedback controlled Brownian ratchet
我们研究了闪烁布朗棘轮的反馈控制版本，其中闪烁电位的应用取决于被控制粒子的状态。鉴于棘轮作为麦克斯韦的恶魔，我们研究之间存在的关系，作为一个整流器的随机运动和恶魔通过测量收集的信息量的恶魔的性能。在一个简单的测量模型的背景下，我们推导出的反馈棘轮作用于一个粒子和几个粒子时引起的通量的解析表达式，并将这些结果与其开环版本，它的操作没有信息。我们的主要发现是，在反馈的情况下，通量有一个上限成正比的平方根的信息。我们的研究结果提供了一个定量分析的信息反馈棘轮的价值，以及一个有效的描述不完美或嘈杂的反馈棘轮相关的实验应用。
2008-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Phase Transitions in Brownian Pumps
我们研究了两个水库之间的随机粒子输运沿一个通道，其中的粒子被泵对偏置的行波潜力。它表明，周期平均密度或电流的相变发生在通道内的粒子之间的排斥相互作用时，考虑。这些转变反映了那些已知的不对称简单排斥过程（ASEP）。我们认为，它们的发生是一个通用的功能布朗电机在开放系统中运行。
2014-02-02 cond-mat.stat-mech
Brownian pump in nonlinear diffusive media
研究了非线性扩散介质中受无偏外力作用的布朗泵。该泵系统被嵌入在一个有限的区域，并有两个粒子水库。在绝热极限下，我们得到了正常扩散、亚扩散和超扩散下电流和抽运容量随温度变化的解析表达式。结果发现，重要的异常检测到正常的扩散情况相比。与正常状态相比，超扩散状态在低温下表现出相反的电流。在亚扩散区，电流可能在低温下变为禁能，在高温下变为负值。
2010-03-22 cond-mat.stat-mech
Time-Delayed Feedback control of a flashing ratchet
闭环或反馈控制棘轮使用关于系统状态的信息来操作，目的是最大化系统的性能。在本文中，我们调查的时间延迟的反馈协议，执行瞬时最大化的质心速度的影响。对于一个和几个粒子的情况下，通量随着延迟的增加而减小，作为系统的当前状态与控制器使用的信息的去相关的效果，但是延迟的闭环协议成功地执行比开环协议更好，只要延迟小于布朗棘轮的特征时间。对于许多粒子的情况下，我们还表明，对于小延迟的质心速度减小的延迟增加。然而，对于大的延迟，我们发现令人惊讶的结果，延迟的存在可以提高性能的非延迟反馈棘轮和通量可以达到最大值与最优周期协议。这种现象是一个动态政权的出现的结果，其中存在的延迟反馈稳定一个准周期解或几个（多稳定性），这类似于在所谓的阈值协议中获得的解决方案。我们的分析和数值结果指向的反馈控制棘轮，执行等于或优于其最佳开环版本的实验实施的可行性。
2007-11-05 cond-mat.stat-mech
Diffusion accompanying noise induced transport in frictional ratchets
研究了在高斯白噪声涨落存在下，过阻尼布朗粒子在摩擦棘轮系统中的噪声诱导输运。导出了电流和扩散系数的解析表达式，并通过它们的比值讨论了输运的可靠性或相干性。我们发现，摩擦棘轮表现出更大的连贯性相比，闪烁和摇摆棘轮。
2004-09-11 cond-mat.stat-mech
Using tensor network states for multi-particle Brownian ratchets
对布朗棘轮的研究告诉我们，时间周期驱动如何支持产生非平衡输运的时间周期稳态。当单个粒子在一维中传输时，可以根据电势来合理化电流，但是实验努力已经超越了单体情况，进入了具有许多相互作用的载体的系统。工作与晶格模型的体积排除粒子在一个维度上，我们分析了相互作用的影响上的闪烁棘轮的电流。为了克服多体问题，我们采用了时间相关的变分原理与二叉树张量网络，方法在一个配套文件中详细讨论。张量网络方法不是传播单个轨迹，而是通过可控的变分近似在多体构型上传播分布。的计算，再现吉莱斯皮轨迹采样，确定和解释的最大电流的频率的移位，以更高的驱动频率的晶格占有率增加。
2022-01-12 cond-mat.stat-mech
Stochastic energetics of a Brownian motor and refrigerator driven by non-uniform temperature
通过对朗之万惯性方程的数值模拟，研究了由位置相关温度驱动的布朗型热机和热泵（称为Büttiker-Landauer热机和热泵）的热力学.我们确定的最佳性能的热机和热泵的参数值。我们的研究结果定性地不同于基于过阻尼模型的方法。在有限时间条件下考察了热机和热泵在线性响应区的行为，发现其效率低于相同条件下工作的内可逆热机的效率。最后，我们研究了不同的电位和温度分布的作用，以提高系统的效率。我们的模拟结果表明，优化的潜力和温度分布只会导致系统性能的边际增强，由于通过布朗粒子的动能的大熵产生。
2014-06-02 cond-mat.stat-mech
Information and maximum power in a feedback controlled Brownian ratchet
闭环或反馈控制棘轮是布朗马达，其使用关于系统状态的信息来操作。对于这些棘轮，我们计算的功率输出，我们调查它与反馈控制中使用的信息的关系。我们得到了单粒子和少粒子闪烁棘轮的解析表达式，我们发现，最大功率输出有一个上限成正比的信息。此外，我们表明，从改变最佳的开环棘轮的结果，以闭环棘轮的功率输出的增加也有一个上界，是线性的信息。
2007-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Noise-assisted classical adiabatic pumping in a symmetric periodic potential
研究了在对称周期势场中运动的经典过阻尼布朗粒子。我们表明，净粒子流可以产生通过动态改变两个外部周期性的空间和时间的相位差的潜力。发现经典泵浦电流与摩擦无关，在低温和高温极限下均为零。低于临界温度，由于恒定的外力，绝热泵送似乎比传输更有效。
2002-04-15 cond-mat.stat-mech
Brownian ratchets and pumps universally simulate many-body active dynamics
Stanford University（斯坦福大学）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文证明两种简单驱动机制——时间周期哈密顿量耦合冷浴（多体布朗泵）和静态哈密顿量耦合热冷浴（多体布朗棘轮）——能普遍模拟自旋系统中的任意局部主动动力学，并通过概率元胞自动机给出严格证明。
2026-07-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Transport Coherence in Frictional Ratchets
本文研究了摩擦棘轮系统中的噪声诱导输运现象。为此，我们考虑布朗粒子运动的空间依赖的摩擦介质中存在的外部白噪声波动。为了获得定向传输，与其他棘轮模型（如闪烁或摇摆棘轮等）不同，我们不要求粒子所经历的势是不对称的，也不要求外部涨落是相关的。我们得到了电流和扩散系数的解析表达式。我们表明，摩擦棘轮没有表现出明显的连贯性，在运输中的扩散蔓延掩盖了伴随的定向运输系统有限的空间扩展。
2003-11-19 cond-mat.stat-mech
Extended Parrondo's Game and Brownian Ratchets: Strong and Weak Parrondo Effect
受闪烁的棘轮的启发，Parrondo的游戏呈现出一种明显矛盾的情况。Parrondo的博弈由两个独立的博弈组成，博弈A和博弈B.游戏A是一个稍微输的掷硬币游戏。游戏B有两个硬币，带有整数参数$M$。如果当前累积资本（离散单位）是$M$的倍数，则使用不利硬币$p_b$，否则使用有利硬币$p_g$。巧合的是，博弈A和博弈B的组合可能会导致一个获胜的博弈，这就是Parrondo效应。我们扩展了原来的Parrondo的游戏，包括$M$是$M_1$或$M_2$的可能性。此外，我们区分强Parrondo效应，即两个失败的游戏结合起来，形成一个胜利的游戏，和弱Parrondo效应，即两个游戏结合起来，形成一个更好的表现游戏。我们发现，当$M_2$不是$M_1$的倍数时，$B(M_1)$和$B(M_2)$的组合对参数空间$(p_b,p_g)$中的某些子集具有强和弱Parrondo效应，而当$M_2$是$M_1$的倍数时，既没有强也没有弱的Parrondo效应.此外，当$M_2$不是$M_1$的倍数时，博弈A的随机混合可以抵消强Parrondo效应和弱Parrondo效应.在Parrondo的游戏的文献中的离散化计划，我们建立了我们的扩展Parrondo的游戏与离散布朗棘轮的分析之间的联系。我们发现我们的扩展模型的Parrondo效应之间的关系，在一个离散棘轮的宏观偏差。在扩展模型中，棘轮势的斜率可…
2014-05-26 cond-mat.stat-mech
Brownian Particles far from Equilibrium
本文研究了布朗粒子模型，它是通过一个非线性摩擦函数被能量抽运的，并讨论了不同的类型。通过考虑布朗粒子的内能库，导出了一个合适的非线性、速度相关摩擦函数的表达式。在这种情况下，摩擦函数描述了在小速度范围内的能量泵送，而在大速度范围内，达到了耗散摩擦的已知极限。为了研究附加能量的影响，我们讨论了不同情况下的速度分布函数。给出了相应的二维Fokker-Planck方程的解析解，并与计算机模拟结果进行了比较。与被动布朗运动的情况不同，我们发现了一些新的动力学特征，如在四维相空间中形成极限环，大的均方位移随能量的供应成二次方增加，或非平衡的速度分布与火山口状的形式。此外，我们指出一些概括和可能的应用模型。
1999-12-28 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stochastic thermodynamics of active Brownian particles
在强波动环境中自推进的例子在自然界中比比皆是，例如，活细胞中的分子马达和泵。本文从朗之万运动方程出发，利用简单的速度相关力模型，建立了自推进粒子的涨落热力学描述。我们推导出熵产生的涨落定理和一个修正的涨落耗散关系，描述了非平衡稳态下的线性响应。我们在一个简单的分子马达模型中研究这些概念，并在瑞利-亥姆霍兹模型和自推进粒子的能量库模型中研究这些概念。
2013-08-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stochastic pump of interacting particles
我们考虑布朗粒子的过阻尼运动，通过粒子排斥相互作用，在一个随时间和空间变化的外部潜力。我们表明，周期性的潜力，保持特定的位置依赖的相位关系产生时间平均的粒子定向电流。我们得到的晶格版本的模型，使用最近开发的微扰方法的分析结果。许多有趣的功能，如粒子-空穴对称性，电流反转与密度的变化，和系统的大小依赖性的电流。我们提出了可能的实验来测试我们的预测。
2010-12-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Ratchet Effects in Active Matter Systems
棘轮效应可能会出现单个或集体相互作用的布朗粒子在不对称基板上时，净直流运输是由外部施加的交流驱动力或周期性闪烁的基板。最近，通过使用活性物质已经实现了一类新的主动棘轮系统，所述主动棘轮系统是可以是生物或非生物性质的自推进单元。当活性材料如游动细菌与不对称基底相互作用时，即使没有外部驱动，也可以产生净直流定向运动，从而打开了大量的可能性，如分选，货物运输或微机械构造。我们回顾了目前的状况，活性物质棘轮游动细菌，细胞，活性胶体，和群集模型，重点是粒子-基质相互作用的作用。我们描述棘轮逆转集体效应和使用主动棘轮运输被动粒子。我们讨论了未来的发展方向，包括变形基板或粒子，不同的游泳模式的作用，不同的粒子-粒子相互作用，和非耗散效应。
2016-04-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Wetting hysteresis induces effective unidirectional water transport through a fluctuating nanochannel
本文提出一种利用空间不对称热涨落驱动纳米通道单向水流的水泵，揭示润湿滞后机制，并比较白噪声、布朗噪声和粉红噪声对传输速率及克服渗透压能力的影响，指出其与逆卡诺循环的类比关系。
2022-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Brownian motion surviving in the unstable cubic potential and the role of Maxwell's demon
在高度不稳定的势场中，过阻尼粒子的轨迹发散得如此之快，以至于位置的方差比它的平均值增长得快得多。因此，用矩来描述动态是没有信息的。相反，我们提出并分析了当地直接测量的特点，克服了这一限制。我们讨论的最可能的粒子位置（位置的概率密度的最大值）和本地的不确定性在一个不稳定的立方势，无论是在瞬态制度和在长时间的限制。作为时间和温度的函数，最大值逆着作用力移动。同时，局部不确定性的增加速度不会超过可观察到的变化。在长时间极限下，概率密度自然地达到准平稳形式。我们解释这个过程作为一个稳定通过测量反馈机制，麦克斯韦恶魔，它作为一个熵泵。测量和反馈的规则自然产生于不稳定动力学的基本性质。所观察到的热致效应是不稳定系统所固有的。他们的详细理解将刺激随机引擎和放大器的发展，以及后来的量子对应物。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Subdiffusive rocking ratchets in viscoelastic media: transport optimization and thermodynamic efficiency in overdamped regime
本文利用非马尔可夫广义朗之万方程（GLE）方法和相应的多维马尔可夫嵌入动力学，研究了粘弹性介质中受外部零平均力周期性振荡的次扩散过阻尼布朗棘轮。粘弹性变形的介质所造成的运输粒子建模的一组辅助布朗准粒子弹性耦合到运输粒子，其特征在于由一个层次的弛豫时间服从分形标度。最慢的松弛变形，不能立即遵循移动粒子的印记长距离记忆其先前的位置，并导致亚扩散和异常运输在一个足够长的时间尺度。这种反常的行为与正常的扩散和运输相结合的初始时间尺度上的过阻尼运动。由于零平均周期驱动违反了热细致平衡，出现了空间反演对称性破缺的周期棘轮势中的异常缓慢定向输运，并利用驱动频率、振幅和温度进行了优化。这种优化的反常输运可以是低色散的，其特征在于具有大的广义Peclet数。此外，我们表明，过阻尼次扩散棘轮可以承受相当大的负载，做了有益的工作。相应的热力学效率随时间代数地衰减，因为对负载所做的有用功随着时间在传输粒子位置之后呈次线性地缩放，但是由外力泵送的能量随着时间呈线性地缩放。然而，它可以是短暂的可观的高，以及比较正常的扩散过阻尼棘轮足够长的时间和空间尺度上的效率。
2013-09-26 cond-mat.stat-mech
A stochastic Stirling engine powered by an active particle
本文研究由活性粒子驱动的随机斯特林发动机模型，通过周期性调节活性粒子速度与谐振子势能实现循环，分析了不同时间尺度对发动机准静态与有限时间性能及效率的影响。
2025-05-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic chaos and transport in thermostated dynamical systems
一个基本的挑战是从多粒子系统运动方程的微观混沌出发来理解非平衡统计力学。在这篇综述中，我们总结了最近的理论进展，沿着这些路线。特别是，我们关心的是由外部电场和温度或速度梯度所产生的非平衡状态。这些约束将能量泵入系统，因此必须有一些热库来防止系统升温。大约二十年前，以高斯和Nose-Hoover恒温器的形式提出了这种热库的确定性和时间可逆建模。这种方法得出了非平衡统计力学和动力系统理论的基本量之间的简单关系。我们审查的主题是批判性地评估这些结果的普遍性。作为演示的车辆，我们采用驱动周期性洛伦兹气体，这是一个玩具模型的经典动力学的电子在金属下的应用电场。将不同类型的热库应用于该系统，我们将得到的非平衡稳态相互比较。沿着同样的思路，我们讨论了在剪切和热作用下的相互作用的多粒子系统。最后，我们概述了一个意想不到的确定性恒温器和活性布朗粒子建模生物物理细胞运动之间的关系。
2003-09-26 cond-mat.stat-mech nlin.CD
