Efficiency and current reversals in spatially inhomogeneous ratchets
本文研究了电驱动对称周期势系统产生净单向电流的效率。在具有空间变化的周期性摩擦系数的非均匀系统的情况下，作为温度的函数，效率显示出最大值。棘轮在提供最大电流时不是最有效的。相反，当考虑非对称周期电位时，电流的方向也可以作为噪声强度的函数而反转。
1999-11-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Resonant current in coupled inertial Brownian particles with delayed-feedback control
研究了步行机在摇摆反馈控制棘轮中的运动。步行者由两个耦合的“脚”组成，允许在步行者移动时交换粒子的顺序。在欠阻尼的情况下，步行机在一个倾斜的非对称棘轮与外部周期性的力被认为是确定性的动力学。研究发现，具有开关依赖性的延迟反馈棘轮效应会导致系统的绝对负迁移率（ANM）。在这样一种新奇的现象中，粒子逆着偏压运动。此外，步行机可以针对不同的电流值获得一系列谐振步。值得注意的是，有趣的是发现步行器的谐振电流是由锁相运动引起的，该锁相运动对应于运动与外部驱动的频率变化的同步。这些共振步骤可以很好地预测的时空对称性分析，这是很好的协议与动力学模拟。通过适当调整延迟反馈棘轮的参数，可以优化并进一步控制传输性能。
2017-02-08 cond-mat.stat-mech
Inhomogeneous Systems and their Rectification Properties
我们探讨了在对称（周期性）电位系统中获得单向电流的可能性，而无需施加任何明显的（表观）外部施加的偏压。有许多物理模型被提出来实现这种非平衡效应。在目前的工作中，我们考虑非均匀系统，使摩擦系数和/或温度可以在空间中变化。我们找到了一个模型，该模型具有脉动力辅助的非均匀系统必须满足的最小条件，以获得单向电流。在这个过程中，我们讨论了目前感兴趣的热棘轮和摩擦棘轮。我们认为，不同的摩擦棘轮模型的工作原理相同的基本原则下，改变相对稳定的，否则局部稳定状态的存在下，温度的不均匀性。我们还详细讨论了在摇摆摩擦棘轮电流的性质。特别是，我们分析了一种新的现象，多个电流反转和在这些系统中的能量转换的效率。
2001-07-04 cond-mat.stat-mech
Optimization of soliton ratchets in inhomogeneous sine-Gordon systems
当引入一个势$V(x)$打破空间对称性时，尽管施加的力在时间上的平均值为零，但孤子的单向运动仍然可以发生。该势$V(x)$由周期性重复的单元组成，每个单元在位置$x_{i}$处包含一个非对称的强局部不均匀性阵列。集体坐标方法表明，位置，高度和宽度的非均匀性（按此顺序）是关键参数，以获得最佳的有效势$U_{opt}$，产生最大的平均孤子速度。$U_{opt}$基本上呈现两个特征：由正峰和负峰组成的双峰，以及双峰之间的长平坦区域。这样的电势可以通过选择具有相反符号的不均匀性（例如，在长约瑟夫森结的情况下是微电阻和微短路），它们彼此靠近，而每个峰对之间的距离相当大。对非均匀sine-Gordon系统的全模拟结果证实了集体变量理论的这些结果。
2006-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-ph
Quantum Brownian motion in ratchet potentials
本文研究了在交变力场作用下棘轮势中量子粒子的动力学行为。我们发展了一个微扰方法弱棘轮势和力场。在这种方法中，我们得到了直流电流整流和电流反转的解析描述。各种限制的情况下，如经典的限制，限制的高或低的频率，和/或高温的运输特性-明确推导。为了深入了解整流电流对相关参数的复杂依赖关系，我们确定了特征尺度，并获得棘轮系统的响应尺度函数。我们特别注意惯性效应，并表明它们通常是相关的，例如，在高温下。我们发现整流电流的高温衰减遵循一个非平凡指数的代数定律，$j\propto T^{-17/6}$。
2002-01-02 cond-mat.stat-mech
Self-organization without heat: the geometric ratchet effect
我们指出了一个令人惊讶的功能，在非均匀介质中的扩散：在适当的条件下，整流的布朗路径的扩散率梯度可以导致最初蔓延示踪剂自发集中。这种“几何棘轮效应”表明，违反（非平衡）热力学第二定律的经典陈述，自组织可以在局部平衡的热力学系统中发生，而不会产生热量或与环境交换热量。我们强调贝叶斯先验的作用，在一个合适的重新制定的第二定律容纳这种几何棘轮效应。
2012-06-15 cond-mat.stat-mech physics.gen-ph
Exceptions to the Ratchet Principle in active and passive stochastic dynamics
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）
本文研究了主动和被动随机动力学中ratchet原理的例外情况，通过数值测试和理论分析揭示了非平衡系统中稳态电流的产生机制及影响因素。
2026-01-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian ratchets: How stronger thermal noise can reduce diffusion
研究了在反射对称性破缺的周期结构棘轮基底上运动的惯性布朗马达的扩散性质。电机由无偏的时间周期对称力驱动，该力使系统脱离热平衡。对于选定的参数集，该系统是在一个非混沌的制度，我们可以确定一个非单调依赖的扩散系数对温度：对于低温，它最初随着温度的增长而增加，通过其局部最大值，接下来开始减少，达到其局部最小值，最后它单调增加根据爱因斯坦线性关系。特别有趣的是扩散被抑制的热噪声的温度区间，我们解释这种效果的三态随机模型的过渡率。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motion in a rocked ratchet with spatially periodic friction
本文详细研究了在周期势场中运动的布朗粒子在绝热周期驱动下的输运和能量学。粒子被认为是在一个周期性的空间相关的摩擦与相同的周期性的潜力，但有一个相位滞后的介质中移动。我们得到了几个结果，其中大部分是由于介质是不均匀的，是敏感的相位滞后。当潜在的是对称的，我们表明，能量转换的效率可以最大化作为噪声强度或温度的函数。然而，在不对称势的情况下，温度可能会或可能不会促进能量转换，但电流反转可以作为温度和周期性驱动的幅度的函数获得。电流的重入行为也可以看作是相位滞后的函数。
2000-06-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Particle dynamics in a symmetrically driven underdamped inhomogeneous periodic potential system
我们数值求解欠阻尼朗之万方程，以获得在正弦势驱动的时间正弦力在介质中的摩擦系数在空间周期性的潜力，但有相位差的颗粒的轨迹。适当选择系统参数，如平均摩擦系数和施加场的周期，只有两种周期性的轨迹得到所有可能的初始条件下，在低噪声强度：一个具有大的振幅和一个大的相位滞后相对于施加场和另一个具有小的振幅和一个小的相位滞后。这样，周期势系统就被有效地动态映射为周期势系统。虽然方向的不对称性，所带来的摩擦不均匀性，是弱的，我们发现这两个随机共振现象，准备好解释的两个动力学状态的轨迹，棘轮效应同时在同一参数空间。我们详细分析了结果，试图为每个结果找到合理的解释。
2016-07-05 cond-mat.stat-mech
Langevin dynamics in inhomogeneous media: Re-examining the Itô-Stratonovich Dilemma
在惯性朗之万方程的框架下，研究了具有空间相关摩擦系数的介质中粒子的扩散动力学。在这个描述中，避免了对随机积分的模糊解释，即所谓的伊藤-斯特拉托诺维奇困境，因为所有的解释都在小时间步长的限制下收敛到同一个解。我们使用一个新开发的方法朗之万模拟测量粒子扩散的概率分布在一个平坦的潜力。我们的结果表明，伊藤和Stratonovich解释收敛非常缓慢的时间步长消失的均匀平衡分布。其他三个约定表现出显着提高的精度：（i）“等温”（Hänggi）公约，（ii）Stratonovich公约修正的漂移项，和（iii）一个新的公约，采用两种不同的有效摩擦系数代表两个不同的平均值的摩擦函数在时间步长。我们认为，物理上最准确的动力学描述是由第三公约，其中粒子经历的漂移起源于耗散，而不是波动项。这一特点是直接相关的事实，漂移是一个惯性效应的结果，不能很好地理解在布朗，过阻尼极限的朗之万方程。
2013-12-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Transient anomalous diffusion in periodic systems: ergodicity, symmetry breaking and velocity relaxation
研究了在周期势场中运动的惯性布朗粒子的远平衡输运。如最近对于SQUID棘轮动力学（Spiechowicz J. & Luczka J. Phys. Rev. E 91，062104（2015））所检测到的，粒子位置与其平均值的均方差可能涉及三个不同的中间扩散机制，尽管是扩展的扩散机制：最初是超扩散，然后是亚扩散，最后是渐近长时间限制中的正常扩散。尽管这些异常是瞬态效应，但它们的寿命可能比设置的特征时间尺度长很多很多个数量级，并且对温度或潜在不对称性等系统参数非常敏感。在本文中，我们揭示了与系统的遍历性，对称性破缺的周期势和超低松弛的粒子速度向其稳定状态的扩散异常的机制。类似的扩散行为序列可以在各种系统中检测到，包括，除其他外，在随机电位的胶体颗粒，玻璃形成液体和粒状气体。
2016-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Inhomogeneous distribution of droplets in cloud turbulence
本文用$g$求解了小流体加速度与重力加速度之比的湍流中惯性颗粒的空间分布问题。粒子由线性阻力驱动并具有任意惯性。浓度的成对关联函数服从负指数幂律分布。发散度为零表示空间中粒子的奇异分布。与颗粒尺寸无关，指数是湍流能谱积分乘以波数与$g$乘以数值因子的比值。我们发现李雅普诺夫指数和确认预测的直接数值模拟的Navier-Stokes湍流。预测包括云中水滴的典型情况。湍流输运研究的这一重大进展是可能的，因为强引力使得粒子在给定点的速度是唯一的。
2014-10-30 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Phase transitions in the distribution of inelastically colliding inertial particles
最近有人提出，在不均匀的温度或湍流中粒子漂移的符号取决于粒子的惯性：弱惯性粒子定位在温度或湍流强度的最小值附近（称为热泳和湍流泳的效应），而强惯性粒子在无界空间中飞离最小值。湍流强度最小值附近的一个颗粒的问题与随机流中的两个颗粒的问题有关，因此前者的定域-离域转变对应于后者的路径-聚结转变。该转变由表征粒子接近最小值（其可以是壁或另一粒子）的平均速率的李雅普诺夫指数的符号变化来表示。在这里，我们解决这个问题的解析非弹性碰撞，并推导出在惯性非弹性平面的过渡相图。相图的一个重要特征是非弹性坍缩区域：如果粒子速度的恢复系数小于某个临界值，则粒子对于任何惯性都是局部化的。我们提出了直接的数值模拟，支持的理论，并揭示了依赖的流动相关时间的过渡，其特征在于由斯托克斯数。
2015-05-14 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Brownian motors: current fluctuations and rectification efficiency
通过这项工作，我们研究了布朗运动的一个经常被忽视的方面：噪声感应电流波动的作用及其对噪声整流效率的影响。在这样做时，我们考虑布朗惯性电机，是由一个公正的单色，时间周期性的力和热噪声驱动。通常情况下，我们发现，渐近，时间和噪声平均的传输速度是小的，拥有相当广泛的速度波动。这意味着整流电源的性能相应较差。然而，对于棘轮电势的定制轮廓和适当的驱动参数，我们可以识别整流效率的急剧增强。这个政权的特点是持久的，单向运动的布朗电动机与几个回头，只有。相应的非对称速度分布则相当狭窄，支持主要倾向于速度的一个符号。
2004-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anomalous transport in periodic systems driven by active fluctuations
University of Silesia in Katowice（卡托维兹西里西亚大学）
本文研究活性涨落驱动布朗粒子在周期势中的反常输运，揭示巨输运增强、绝对负迁移率和棘轮效应，并建立跳跃-弛豫模型及超简约模型以解释机制。
2026-09-30 cond-mat.stat-mech
The Persistence of Uphill Anomalous Transport in Inhomogeneous Media
对于处于平衡状态并受到静态偏置力的系统，通常可以预期颗粒传输通常会遵循该偏置的方向。然而，存在相反的例子，其中粒子表现出上坡运动（称为绝对负迁移率- ANM），特别是在耦合粒子的情况下。单粒子确定性系统中的例子不太常见。最近，在一个这样的例子中，上坡运动被证明发生在空间对称周期性势中的惯性驱动和阻尼粒子。这种异常传输的来源是两个周期性驱动信号的组合，这两个信号在时间反转下是不对称的。本文研究了在周期对称势场中演化的确定性粒子在外部无偏周期驱动和非均匀空间依赖阻尼作用下的ANM现象。它将被证明，该系统表现出复杂的响应行为作为某些控制参数是不同的，最值得注意的是，增强的参数制度表现ANM作为静态偏置力增加。此外，表现出ANM的解决方案被证明是，至少在中间的时间段，superdiffusive，在相反的解决方案，遵循的偏见，扩散是正常的。
2013-05-29 cond-mat.stat-mech nlin.CD
Fluctuation-dissipation relation for systems with spatially varying friction
当一个粒子在具有空间相关摩擦系数$α(r)$的介质中扩散时，即使在没有任何实际物理力$f$的情况下，在恒定温度$T$下，它也会向系统的低摩擦端漂移。这种现象，这是以前研究的背景下，非惯性布朗动力学，被称为“假漂移”，虽然漂移是真实的，源于惯性效应发生在短时间尺度。在这里，我们研究的非均匀介质中的惯性朗之万方程的框架内的粒子的扩散。我们证明了表征非均匀$α(r)$动力学的量不是粒子$Δr=r-r^0$的位移（其中$r^0$是初始位置），而是$ΔA(r)=A(r)-A(r^0)$，其中$A(r)$是$α(r)$的原函数。我们推导出表达式的平均值和方差的$ΔA$的$f$，$T$，和持续时间的动态$Δt$。对于恒定的摩擦系数$α(r)=α$，这些表达式简化为众所周知的力-漂移和波动-耗散关系的形式。我们介绍了一个非常准确的方法，朗之万动力学模拟系统的空间变化$α(r)$，并使用该方法来验证新推导的表达式。
2014-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
