Distribution of volumes and coordination number in jammed matter: mesoscopic ensemble
我们使用Nature 453，606（2008）中开发的介观系综研究了与单分散硬球的堵塞包装中的每个颗粒相关的体积和配位数的分布。理论预测了随机密堆积和随机松堆积的取向体积的指数分布。与计算机生成的填料的比较揭示了偏离理论预测的体积分布，这可以更好地模拟由压缩指数函数。另一方面，平均体积很好地再现了理论导致RCP和RLP的极限密度的良好预测。我们讨论了一个更精确的理论，以捕捉在其整个范围内的体积分布。现有的数据表明，一个合理的顺序/无序过渡定义随机紧密包装。最后，我们考虑一个扩展的合奏计算的协调数分布，这是一个指数和逆指数的形式，协调大于和小于平均值，分别与模拟数据的合理协议。
2010-11-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Turning intractable counting into sampling: computing the configurational entropy of three-dimensional jammed packings
我们报告了一个数值计算的总数无序堵塞配置$Ω$的$N$排斥，三维球在一个固定的体积$V$。为了使这些计算易于处理，我们提高了Xu等人的方法的计算效率。106，245502（2011））和Asenjo等人（Phys.Rev.Lett. 112，098002（2014）），并且我们扩展该方法以允许计算作为压力的函数的构型熵。我们使用的方法计算的配置熵采样的绝对体积的吸引力的盆地的稳定包装的势能景观。我们发现了一个令人惊讶的强相关性的压力之间的配置和体积的盆地的吸引力的势能景观。这种关系可以用幂律很好地描述。我们的方法来计算势能景观中的最小值的数量应该适用于统计物理学，弦论，宇宙学和机器学习中的其他枚举问题，这些问题旨在找到依赖于许多自由度的标量成本函数的极值的分布。
2016-01-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Jammed Phase of Infinitely Persistent Active Matter
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Raman Research Institute（拉曼研究所）；The Institute of Mathematical Sciences（数学科学研究所）；Brandeis University（布兰迪斯大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
研究了无限持久活性物质的阻塞相，发现其力分布和塑性行为与被动系统不同，揭示了活动性对变形和屈服的影响。
2026-02-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Edwards Statistical Mechanics for Jammed Granular Matter
在1989年，山姆·爱德华兹爵士提出了一个有远见的建议，使用类似于热平衡统计力学的等概率堵塞状态的体积系综来处理堵塞的颗粒材料，尽管它们具有固有的非热特性。从那时起，统计力学的方法堵塞的物质已经获得了大量的关注，由理论家和实验学家。在这里，我们回顾了一个系统的方法来堵塞的问题的基础上爱德华兹统计力学合奏。我们讨论了基于体积函数的微正则系综和正则系综的构造，它取代了阻塞系统中的哈密顿量。在各个层次的近似方案的重要性，强调导致合奏平均数量，如包装分数和接触力分布的定量预测。概述了阻塞状态的现象学和实验，模拟和理论模型，仔细检查强假设爱德华兹的方法，包括最近的结果表明爱德华兹遍历假设的有效性阻塞状态。讨论了组成颗粒范围从球形到非球形（如二聚体、聚合物、椭圆体、球柱体或四面体）、硬颗粒和软颗粒、摩擦颗粒、无摩擦颗粒和粘性颗粒、任何尺寸的单分散颗粒和多分散颗粒的包装的理论框架，提供了对所有堵塞物质统一相图的见解。此外，还建立了Edwards系综亚稳堵塞态与自旋玻璃亚稳性之间的联系。这突出表明，包装问题可以被理解为一个约束满足问题排除体积和力和扭矩平衡导致爱德华兹合奏之间的统一框架的等概率堵塞状态和平衡自旋玻璃。
2017-10-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-organization and memory formation in two-dimensional jammed deformable matter under cyclic compression
The Institute of Mathematical Sciences（马图拉研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国家研究所）
研究探讨了变形环结构在准静态压缩下的无热机械响应，发现进一步密实导致环状结构失稳，从而产生宏观机械软化。在循环压缩下，单分散系统趋向于近可逆路径经过有序状态，而多分散系统则收敛到稳定、滞回的极限环，这些极限环编码了训练历史的鲁棒记忆。
2026-05-21 cond-mat.soft
Universality Classes for Force Networks in Jammed Matter
我们研究了一些简单的颗粒堆积模型中力的几何性质。几何形状中所包含的信息与单个颗粒间接触中的力分布中的信息是互补的，后者被更广泛地研究。我们提出了一种方法，专注于力网络的分形性质，并找到很好的证据尺度不变性。该方法使我们能够区分普适类的关键指数。该方法可应用于其他非热干扰系统中的力网络。
2005-10-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hierarchical and ultrametric barriers in the energy landscape of jammed granular matter
Peking University（北京大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究通过数值方法探索颗粒物质在阻塞转变附近能量景观的分层和超度量特性，揭示了能量障碍的无标度分布及超度量空间特征。
2025-12-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Particle dynamics and effective temperature of jammed granular matter in a slowly sheared 3D Couette cell
我们报告的粒子动力学的实验测量缓慢剪切颗粒物质在三维（3D）库埃特细胞。一个紧密堆积的透明球形珠子的集合被外部压力限制，并填充有流体以匹配珠子的密度和折射率。这使我们能够跟踪嵌入系统中的示踪粒子，并获得作为时间函数的三维轨迹。我们研究的PDF的垂直和径向位移，发现高斯和指数分布，分别。对于慢剪切速率，在所有三个方向上的均方波动被发现是只依赖于库埃特细胞的角位移。示踪剂颗粒的扩散率和迁移率都与剪切速率成正比，从而产生恒定的有效温度，这是堵塞系统的特征。
2008-06-30 cond-mat.soft
Ultra-long range correlations of the dynamics of jammed soft matter
我们使用光子相关成像，最近推出的空间分辨动态光散射方法，调查各种堵塞和玻璃软材料的动态的空间相关性。引人注目的是，我们发现，在深堵塞的软材料的动力学的空间相关性是相当普遍的超长范围，延伸到系统的大小，数量级大于任何相关的结构长度尺度，如粒径，或胶体凝胶系统的筛目尺寸。这必须与分子、胶体和颗粒状"过冷“流体的情况形成对比，在这些情况下，动力学的空间相关性最多延伸到几个粒子上。我们的研究结果表明，系统动力学中的超远程空间相关性与弹性的起源直接相关。虽然具有熵弹性的固体状系统表现出非常适度的相关性，但由于应变在整个接触网络中的有效传输，具有非线性弹性的系统表现出超长范围的相关性。
2010-06-29 cond-mat.soft
Jammed disks of two sizes in a narrow channel
一个颗粒物质模型的精确解决，两个大小和重量交替序列的磁盘被限制在一个狭窄的通道。通道的轴线是水平的，其平面是垂直的。磁盘大小和通道宽度是这样的，在卡住没有磁盘保持松散，所有磁盘接触一个壁。被干扰的微观状态的特征在于通过统计相互作用的粒子构造出两个磁盘瓦片。被干扰的宏观状态取决于膨胀功、引力势能和干扰前随机扰动的强度。构型熵对超额体积的依赖性存在一个临界点。
2020-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuations in Shear-Jammed States: A Statistical Ensemble Approach
颗粒物质在热平衡之外存在，即它是无热的。虽然传统的平衡统计力学是没有用的颗粒材料的特性，构建一个类似于其平衡对应的统计系综来描述静态颗粒物质的想法是由爱德华兹和Oakshott在二十多年前提出的。近年来，这个想法已经有了几个实施。其中之一是应力系综，这是基于力矩张量的属性，并适用于摩擦和无摩擦颗粒。我们证明了这种统计框架在剪切堵塞（SJ）实验状态[1，2]中的全部效用，这是一类由纯剪切产生的特殊颗粒固体，这是一种用于创建固体的严格非平衡协议。我们表明，应力系综提供了一个很好的定量描述的波动实验SJ状态。我们表明，应力波动是由一个单一的张量控制：系统的angoricity，这是一个直接模拟的热力学温度。SJ状态在局部应力中表现出显着的相关性，因此本质上不同于密度驱动的各向同性堵塞（IJ）状态。
2013-02-27 cond-mat.soft
Assur graphs, marginally jammed packings, and reconfigurable metamaterials
等静压框架是同时具有刚性和无自应力状态的力学网络，并且是理解软物质中的相变和机械超材料设计的有力概念。在这里，我们分析均衡框架的子结构，通过将“阿苏尔图”推广到环面，并在物理系统中检查它们。我们表明，接触网络的边缘堵塞填料的方法环面阿苏尔图的热力学极限，并演示如何阿苏尔图提供了一个新的设计原理，机械超材料中的运动和应力可以传播的可重构的路径，而整个结构的刚度保持。
2022-12-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft math-ph
Cavity method for force transmission in jammed disordered packings of hard particles
堵塞无序填料的受力分布一直是颗粒物理学研究的一个中心问题。然而，它的许多特征却知之甚少。特别是，分析关系到其他关键的宏观性质的堵塞的物质，如接触网络和它的协调数，仍然缺乏。在这里，我们开发了一个平均场论这个问题的基础上，作为一个随机图的力传递成为一个约束优化问题的接触网络的考虑。因此，我们可以使用在过去几十年中发展起来的腔方法在自旋玻璃和硬计算机科学问题的统计物理。这种方法使我们能够计算力分布$\text P(f)$随机填充的硬颗粒的任何形状，有或没有摩擦。我们发现了一个新的签名干扰的小力的行为$\text P(f) \sim f^θ$，其指数引起了最近的积极兴趣：我们发现了一个有限的值为$\text P(f=0)$，随着$θ=0$。此外，我们与系数$μ$的摩擦球堵塞填料的平均配位数$\, {\bar z}_{\rm c}^{\rm min}(μ)$的下限的力的分布。通过将朴素的麦克斯韦计数论证扩展到摩擦球，这弥合了两个已知的均衡极限$\, {\bar z}_{\rm c}(μ=0)=2D$（在维度$D$中）和$\, {\bar z}_{\rm c}(μ\to \infty)=D+1$之间的差距。该理论框架描述了不同类型的系统，如任意尺寸的非球形物体，提供了一个共同的平均场的情况下，调查力的传输，接触网络和协调数堵塞无序包装。
2014-06-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Jammed disks of two sizes and weights in a channel: Alternating sequences
两种大小和重量交替排列的机器人被限制在一条狭长的通道内。通道的轴线是水平的，其平面是垂直的。通道被活塞封闭，活塞在中等压力、重力和随机搅动下将堵塞的微观状态从松散的磁盘结构中冻结出来。磁盘大小和通道宽度是这样的，在卡住没有磁盘保持松散，所有磁盘接触一个壁。我们提出了准确的结果，包括体积和熵的表征堵塞的宏态。严格的分析将被卡住的微观状态的圆盘序列分成重叠的瓦片，从中我们构建了少量的统计相互作用粒子。堵塞的宏观状态依赖于无量纲控制参数，这些参数是从活塞的膨胀功、重力势能和随机搅动强度之间的比率推断出来的。这些控制参数通过粒子堵塞之前的活化能进入构型统计。磁盘权重的范围自然地分为不同性质的特征发挥作用的区域。我们勾勒出一条通往概括的道路，包括修改后的干扰协议下的随机序列。
2022-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Basic Understanding of Condensed Phases of Matter via Packing Models
包装问题一直是一个来源的魅力千年和他们的研究产生了丰富的文献，跨越众多学科。对硬颗粒堆积模型的研究提供了对物质凝聚相的结构和本体性质的基本见解，包括低温状态（例如，分子和胶体液体、晶体和玻璃）、多相非均匀介质、颗粒介质和生物系统。离散填充在纯数学中有着重要的意义，包括离散几何和数论。这一观点回顾了有关的理论和计算文献的平衡，亚稳态和非平衡硬粒子包装在各种欧几里德空间维度的包装。在堵塞填料的情况下，重点将放在“几何结构”的方法，它提供了一个强大的和统一的手段，定量表征个别填料通过堵塞类别和“秩序”地图。它包括极端堵塞状态，包括密集包装，最大随机堵塞状态，和最低密度堵塞结构。同样的球，球的尺寸分布，和非球形颗粒的填料也进行了调查。我们通过确定未来研究的挑战和开放问题来结束这篇综述。
2018-05-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jamming phase diagram of athermal emulsions with short-range attraction
利用共聚焦显微镜，我们调查的影响，吸引力的包装下的多分散乳液重力。我们发现，最近提出的几何建模和统计力学方法颗粒物质的邻居，配位数，和本地包装分数的吸引力的函数的分布被捕获。这将这些工具的适用范围扩展到多分散、有吸引力的堵塞填料。此外，堆积密度和平均配位数对吸引力强度的依赖性提供了第一个实验测试的非热堵塞颗粒的相图。这些理论框架在描述一类新系统方面的成功为备受争议的堵塞物质统计物理学提供了支持。
2011-04-07 cond-mat.soft
Angoricity and compactivity describe the jamming transition in soft particulate matter
从平衡统计力学到非平衡系统的概念的应用在描述从玻璃到颗粒材料的各种系统方面有着悠久的历史。对于耗散堵塞系统-颗粒颗粒或液滴-一个关键的概念是用体积应力系综取代描述保守系统的能量系综。在这里，我们测试的适用性的体积应力合奏来描述的干扰过渡比较拥挤的配置，通过动态与那些平均的合奏作为探针的遍历性。这两种方法之间的协议建议的想法“热化”在一个给定的angoricity和压实。我们阐明的热力学秩序的干扰过渡显示的情况下，临界波动的静态观测，如压力和体积。该方法允许从统计力学的角度计算观测量，如熵，体积，压力，配位数和力的分布来表征附近的干扰过渡的标度律。
2016-03-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Correlation of plastic events with local structure in jammed packings across spatial dimensions
在堵塞填料中，通常认为局部结构只在特定的区域起重要作用。相对过量配位的标准偏差$σ_Z/ Z_\mathrm{c}$像$1/\sqrt{d}$一样衰减，因此局部结构在高空间维度中不起作用。此外，在任何固定的尺寸$d \geq 2$，有发散的长度尺度的压力消失接近unjamming过渡，再次表明，局部结构不应足以描述响应。在这里，我们挑战的假设，当地的结构并不重要，在这些情况下。在模拟堵塞的包装下无热，准静态剪切，我们使用机器学习，以确定一个本地的结构变量，柔软度，与重排尺寸$d=2$到$d=5$。我们发现，在所有研究的$d$中，软度--甚至仅仅是配位数$Z$ --在很宽的压力范围内都能很好地预测重排。这一结果提供了直接的证据，局部结构可以发挥作用，在更高的空间维度。
2020-11-25 cond-mat.soft
Edwards entropy and compactivity in a model of granular matter
制定一个统计力学颗粒物质仍然是一个重大的挑战，部分原因是由于与一个完整的表征所研究的系统的困难。我们提出了一个充分表征的模型组成的颗粒状材料的$N$二维，无摩擦，硬盘，硬壁之间的限制，包括一个完整的枚举所有可能的卡住的结构。我们表明，堵塞的填料的属性是独立的系统内的缺陷的分布，所有的填料是均衡的。这表明等体积态等概率的假设，这提供了一种可能的方法来构建一个微正则系综的等效，很可能是我们的模型。热力学第二定律的应用，涉及两个子系统的接触表明，预期的自发平衡的缺陷之间的两个是伴随着熵的增加和平衡，通过熵最大化，其特征在于由压实的平等。最后，我们探讨了该系统的正则系综的等价性质。
2011-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diagnosing hyperuniformity in two-dimensional disordered jammed-packings of soft spheres
超均匀性是物质的一种状态，在这种状态下，密度波动在最大的长度尺度上趋于零。然而，确定实验系统是否是超均匀的任务在实验上是具有挑战性的，由于有限的分辨率，噪声和样本大小的影响表征测量的效果。在这里，我们探讨这些问题，采用视频光学显微镜研究超均匀性现象在无序的二维堵塞包装的软球。使用实验和模拟相结合，我们的颗粒多分散性，图像噪声和有限尺寸的影响分配的超均匀性的有害影响的特征，我们开发了一种方法，允许改善诊断超均匀性从真实空间测量。这种改进的关键是一个简单的包装重建算法，结合粒子多分散性，以尽量减少自由体积。此外，仿真结果表明，超均匀性可以更准确地确定在直接空间比在倒易空间作为一个有限的样本容量的结果。最后，软聚合物球的实验胶体填料被证明是超均匀的。
2014-08-20 cond-mat.soft
Numerical test of the Edwards conjecture shows that all packings are equally probable at jamming
在20世纪80年代后期，Sam Edwards提出了一个可能的物理力学框架来描述无序颗粒材料的性质。该理论的一个关键假设是，所有堵塞的包装都有同样的可能性。在这期间的几年里，人们一直无法直接验证这个大胆的假设。在这里，我们提出了模拟，提供直接的证据，在unjamming点，所有包装的软排斥粒子是同样可能的，即使一般来说，堵塞包装没有。通常，堵塞的颗粒系统是在非堵塞点精确观察到的，因为颗粒不是很可压缩。因此，我们的结果支持爱德华兹的原始猜想。我们还提出的证据表明，在unjamming系统的构型熵是最大的。
2018-08-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Aging is a log-Poisson Process, not a Renewal Process
老化是无序材料中普遍存在的弛豫动力学。在快速淬火后，它从平衡的“流体”状态进入非平衡的、依赖于历史的堵塞状态。我们提出了一个物理动机的描述，形成鲜明对比的连续时间随机游走（CTRW）广泛分布的捕获时间通常用于适应老化数据。像CTRW这样的更新过程被证明与对数泊松统计不相容，例如，堵塞的胶体以及无序的磁体。对数泊松过程是被堵塞物质的间歇性和减速动力学的特征，通常由破纪录的波动（“地震”）激活。我们发现，这样的记录动力学（RD）提供了一个通用的模型老化，物理接地的通用功能的自由能景观的无序系统。
2018-08-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Disentangling the role of structure and friction in shear jamming
为了理解致密颗粒物质的力学和流动行为，并探索从流体到结构停滞或堵塞状态的转变的普遍方面，对球体的非晶填充进行了深入的研究。最近相当多的注意力集中在各向异性填充的摩擦颗粒产生的剪切变形导致剪切堵塞，这发生在以下的堵塞密度的各向同性填充的无摩擦颗粒。为了解开剪切变形引起的结构和摩擦在产生剪切干扰的作用，我们研究了剪切组件的无摩擦球计算，在很宽的密度范围内，远低于各向同性干扰点。我们证明了出现的各种几何特征的堵塞填料的剪切应变的增加。的平均接触数和接触力的分布表明存在一个阈值密度，远低于各向同性干扰点，高于该点发生质的变化，在剪切配置的干扰行为。我们表明，在这个阈值密度以上，摩擦稳定我们产生的剪切配置。因此，我们的研究结果揭示了出现的几何特征的堵塞状态的剪切变形的结果，而摩擦是有助于稳定填料在一个范围内的密度低于各向同性堵塞点。
2015-10-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Fundamental challenges in packing problems: from spherical to non-spherical particles
特定形状的物体的随机堆积在科学和工程中是普遍存在的。然而，这种拥挤的物质状态由于涉及到强烈的位置和方向相关性而避开了任何系统的理论处理。近年来，从传统统计力学的精神出发，从定体积系综出发，对堵塞物质的基本描述取得了进展。最近的研究表明，这种方法，首先介绍了S。F. Edwards在二十多年前提出的，可以被铸造成一个预测框架来计算球形和非球形颗粒的堆积分数。
2014-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective General Relativistic Description of Jamming in Granular Matter
我们在这里提出，某些观测功能的颗粒物质在红外线的限制，表现出的现象{ \it干扰}，产生于一个潜在的有效的广义相对论的描述。该建议源于假设（我们证明在物理基础上），颗粒物质中的颗粒在{ \it有效}弯曲的黎曼空间中自由运动。在干扰开始时，他们的轨迹的终止是从这样的空间中的测地线的收敛同余的聚焦获得的，作为这样的同余的Raychaudhuri方程的解。不管曲率是否来源于外部应力（通过有效的爱因斯坦方程），这都可能发生，尽管在两种情况下所得的堵塞状态解的性质确实不同。这种几何方法的一个明确的预测是，在达到堵塞状态时，那些相互扭曲的轨迹所起的负面作用。颗粒相互作用的局部对称性、平移和旋转不变性（对应于标准基于力的干扰方法中的“力平衡”和“扭矩平衡”）是有效的广义相对论框架所固有的。最近提出的有效弹性模型的堵塞状态，基于张量的标准静电（矢量电荷理论）的变体，被认为是完全包含在线性化版本的有效的广义相对论的描述。
2021-08-27 cond-mat.soft gr-qc
The Ideal Glass and the Ideal Disk Packing in Two Dimensions
University of Oregon（俄勒冈大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Syracuse University（雪城大学）；Seton Hall University（设特霍尔大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究提出在二维中构造理想阻塞堆叠的方法，揭示了无序系统中高密度、高模量及超均匀性等特性，解决了理想玻璃的长期谜团。
2025-12-08 cond-mat.soft
The Complete Jamming Landscape of Confined Hard Discs
一个完整的干扰景观的精确描述是为一个系统的硬盘直径$σ$，被限制在两条线分开的距离$1+\sqrt{3/4} < H/σ< 2$。通过考虑所有可能的局部堆积排列，利用转移矩阵方法得到了堵塞态的广义系综配分函数，从而计算了堆积的组态熵和状态方程.探索结构有序性与堆积密度之间的关系，我们发现局部堆积环境之间的几何挫折在决定堵塞态的密度分布中起着重要的作用，结构的“随机性”是堆积密度的非单调函数.分子动力学模拟表明，平衡液体的性质与景观的性质密切相关。
2009-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Characterization of Void Space, Large-Scale Structure, and Transport Properties of Maximally Random Jammed Packings of Superballs
颗粒的致密无序堆积是物质、生物系统、粒状介质和胶体系统的低温无定形相的有用模型。非球形颗粒的密堆积的研究使人们能够确定旋转自由度如何影响堆积行为。在这里，我们研究超级球，一个大家庭的变形的领域，定义在三维空间的$|x_1|^{2p}+|x_2|^{2p}+|x_3|^{2p}\leq1$，其中$p>0$是一个变形参数，表示到什么程度的形状偏离一个领域。随着$p$从球点（$p=1$）增加，超级球达到立方对称，当$p<1$。超级球填料的先前表征已经表明，它们具有最大随机堵塞（MRJ）状态，其性质（例如，填充分数$ϕ$）随着$p$偏离1而非解析地变化。在这里，我们使用事件驱动的分子动力学算法产生MRJ超级球包装。我们通过研究它们的结构因子和谱密度的小$Q$行为来表征它们的大尺度结构，这表明这些填充是有效的超均匀的。我们表明，平均宽度$\bar{w}$是一个有用的长度尺度，使距离无量纲，以系统地比较不同形状的超级球。我们还计算了互补的累积孔径分布$F(δ)$，发现孔径随着$|1-p|$的增加而减小。从$F(δ)$，我们估计的流体渗透性，平均存活时间，和主要的扩散松弛时间的填料。此外，我们计算了扩散的可展性，发现长时间的幂律标度表明这些填充是超均匀的。我们的研究结果可以用来帮助通知颗粒材料的设计与目标密度和运输性能。
2022-05-06 cond-mat.soft
Laning and Clustering Transitions in Driven Binary Active Matter Systems
众所周知，经历相反方向驱动的非活动盘的二元系统表现出堵塞、相位分离、无序和倾斜状态。在活性物质系统中，例如一群行人，沿相反方向行驶是常见的和相关的，特别是在以高行人密度和紧急情况为特征的条件下。在这种情况下，从倾斜到无序状态的转变可能与恐慌状态的开始有关。我们模拟了一个包含活动磁盘的laning系统，遵守运行和翻滚动力学，我们测量的漂移迁移率和结构作为运行长度，磁盘密度和漂移力的函数。可以基于速度向量的相关时间尺度来量化每个盘的活动。我们发现，在某些情况下，增加活动可以增加系统的流动性，打破堵塞的配置，但是，活动水平太高，可以降低流动性，增加磁盘-磁盘碰撞的概率。在拉宁状态下，活性的增加诱导急剧过渡到无序的强烈波动状态，流动性降低。我们确定了一种新的驱动诱导的集群拉宁状态，即使在密度低于活动诱导的集群过渡的未驱动系统保持稳定。
2018-05-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Resolving entropy contributions in nonequilibrium transitions
我们推导出任何微观自由度所贡献的熵的泛函，这些自由度是由它们的可测量对相关性产生的。在平衡态和非平衡态都适用，这个泛函给出了系统在给定某一关联函数时的最大熵。当应用到不同的相关性，该方法使我们能够识别的自由度，管理一定的物理制度，从而捕捉和表征动态过渡。形式主义也适用于系统的平移不变性被打破的外力和粒子的数量可能会发生变化。我们将其应用于实验结果堵塞的双分散乳液，捕捉这个非平衡系统的交叉从结晶无序超均匀结构作为混合物组成的函数。我们发现，在无序超均匀态的形成过程中，乳液中液滴的位置和尺寸之间的互相关起着核心作用。我们讨论了熵估计的方法的影响，平衡和表征过渡无序系统。
2023-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.data-an
A first-order phase transition at the random close packing of hard spheres
将相同尺寸的球体随机填充到容器中始终导致密度为约64%的静态配置。随机紧密堆积（RCP）的普遍存在，而不是74%的最佳晶体阵列，回避了这个经验推导状态背后的物理定律的问题。事实上，没有任何宏观量的特征与观察到的包装极限相关的不连续性。在这里，我们表明，RCP可以被解释为一个热力学奇点的表现，它定义为“凝固点”在一阶相变之间的有序和无序的包装相。尽管颗粒物质的非热性质，我们表明，它是伴随着急剧的不连续性的体积和熵的过渡的热力学特征。这发生在一个临界压实度，这是强度变量，发挥作用的温度在颗粒物质。我们的研究结果预测的实验条件所需的形成一个堵塞的晶体通过计算模拟的“融合熵”。这种方法很有用，因为它将复杂系统中的平衡问题映射到统计力学中更简单的框架上。
2016-03-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Active Matter Transport and Jamming on Disordered Landscapes
我们用数值方法研究了由固定障碍物组成的随机无序景观上的漂移力驱动的主动奔跑翻滚粒子的运输。对于增加的运行长度，净颗粒传输最初增加之前达到最大值，并在较大的运行长度下降。传输减少与簇或活晶体状态的形成有关，这些状态被障碍物局部堵塞或阻塞。我们还发现，该系统动态堵塞在较低的颗粒密度时，运行长度增加。我们的研究结果表明，有一个最佳的活性水平，活性物质运输通过淬火无序，并可能是重要的理解在复杂环境中的生物运输或应用程序的活性物质颗粒在随机介质中。
2014-02-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory of random packings
我们回顾了最近提出的随机填充理论。我们描述的体积波动堵塞的物质通过体积函数，服从分析和数值计算。我们结合了一个扩展的统计力学的方法“一拉爱德华兹”（传统上发挥的作用，在热系统中的能量和温度是由体积和压实度取代）的均衡条件施加的机械稳定性的约束。我们展示了如何这样的方法可以带来的结果，可以与实验相比，并允许利用的统计力学框架。关键的结果是使用的局部Voronoi体积的组成颗粒和邻居的数量之间的关系，允许一个简单的组合，这两种方法来开发一个理论的随机填充。我们预测的随机松散包装（RLP）和随机紧密包装（RCP）的密度与实验密切一致，并制定了一个相图堵塞的物质，提供了一个统一的观点无序硬球包装问题，并进一步阐明了不同的光谱数据，包括RLP状态。数值模拟证实了摩擦在确定RLP和RCP极限中所起的重要作用，很好地再现了理论结果。最后，我们提出了一个扩展的讨论存在的几何和机械的协调数，以及如何测量这两个数量在实验和计算机模拟。
2016-03-28 cond-mat.soft
A granocentric model captures the statistical properties of monodisperse random packings
我们提出了一个广义的granocentric模型提出[Gracel等人，Nature，2009，460，611615]，其能够描述不仅多分散而且单分散的球体填充内部的局部波动。这种极小模型不考虑粒子的相对位置，但它通过有效的蒙特卡罗方法采样的局部随机过程捕获位置无序。无序的特征在于局部参数的分布，如邻居和接触的数量，围绕中心粒子的填充立体角和细胞体积。模型预测与我们的实验数据在单分散随机紧密堆积的PMMA颗粒。此外，该模型可以用来预测在任何包装的局部波动的分布，只要邻居的平均数，接触和包装分数是已知的。这些分布提供了一个微观基础的统计力学框架堵塞的物质，并使我们能够计算热力学量，如在相空间中的可能堵塞的配置压实。
2012-02-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Cell theory for glass-forming materials and jamming matter, combining free volume and cooperative rearranging regions
我们调查的统计力学的玻璃形成材料和堵塞的问题，通过几何驱动的方法的基础上修订的细胞理论。通过考虑系统的堵塞块的大小不断增加，我们得到一个统一的图片，准确地描述了整个过程中，从低密度到限制密度的玻璃/堵塞过渡。该方法检索了现有理论的许多方面，将它们统一到一个连贯的框架中。特别是，在低密度下，我们发现一个自由体积制度，基于局部松弛过程，在中间密度的合作长度集，其中本地和合作松弛过程都存在。在更高的密度，增加合作长度抑制局部松弛，只有合作松弛生存的特点是发散的合作长度，所建议的随机一阶理论。最后给出了合作长度与超一致长度之间的关系。
2015-05-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
2D foams above the jamming transition: Deformation matters
被堵塞的软物质系统通常被建模为重叠的软球体的密集堆积，从而忽略了颗粒变形。对于2D（和3D）软盘填料，接近临界填料分数$φ_c$，这导致平均接触数$Z$以$φ-φ_c$的平方根增加。使用程序PLAT，我们发现，在理想化的二维泡沫的情况下，接近湿极限，$Z$线性增加与$φ-φ_c$，其中$φ$是气体分数。这一结果与软磁盘和泡沫在临界填充分数下的不同分离分布相一致。因此，接近湿限的2D泡沫不能很好地描述为软盘的随机填充，因为泡沫中的气泡是可变形的并且调整它们的形状。这不是由重叠的圆盘捕获的。
2017-08-23 cond-mat.soft physics.comp-ph
Reply to Comment on`Entropy production and fluctuation theorems for active matter'
这是对D. Mandal，K. Kandyko和M. R. DeWeese出版为Phys. Rev. Lett。119，258001（2017）。
2018-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comment on "Entropy Production and Fluctuation Theorems for Active Matter"
这是对D. Mandal，K. Kandyko和M. R. DeWeese出版为Phys. Rev. Lett。119，258001（2017）。
2018-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropy of state transitions in macroscopic active matter
本研究提出基于自由度的熵评估框架，利用机动球体活性粒子实验，证明宏观活性物质在不同活性状态间转变时伴随熵的离散跃迁，揭示了活性系统具有类似经典热力学相变的特性。
2024-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropy production and fluctuation theorems for active matter
活性生物系统远离平衡，即使在稳定状态下也会散热，因此需要扩展传统的平衡热力学和统计力学。在这封信中，我们已经扩展了随机热力学的新兴框架，活性物质。特别是，对于主动Ornstein-Uhlenbeck模型，我们提供了一致的定义的热力学量，如功，能量，热量，熵，熵产生的水平上的单一，随机轨迹和推导出相关的波动关系。我们已经开发了一个推广的克劳修斯不等式，这是有效的，即使在存在的非哈密顿动力学的活性物质系统。我们已经说明了我们的结果与明确的数值研究。
2017-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-universal Voronoi cell shapes in amorphous ellipsoid packings
在具有短程相互作用的颗粒系统中，如颗粒物质或简单流体，局部结构在决定宏观物理性质方面起着关键作用。在这里，我们分析来自Voronoi图的配置扁圆椭球的局部结构度量，为各种纵横比$α$和全球体积分数$ϕ_g$。我们专注于堵塞的静态配置的摩擦椭球体，通过层析成像和离散元方法模拟。特别是，我们认为当地的包装分数$ϕ_l$，定义为粒子的体积除以其Voronoi细胞体积。我们发现，概率$P(ϕ_l)$的Voronoi细胞有一个给定的局部包装分数显示相同的缩放行为的函数$ϕ_g$观察到的随机球包。令人惊讶的是，这种缩放行为被进一步发现是独立的颗粒纵横比。相比之下，典型的Voronoi细胞的形状，量化的闵可夫斯基张量各向异性指数$β=β_0^{2,0}$，指向一个显着的差异随机填充的球体和扁椭球体。虽然具有给定值$ϕ_l$的所有泡孔的平均泡孔形状$β$在致密和松散的堵塞球形填料中非常相似，但是致密和松散的椭圆体填料的结构显著不同，使得这不成立。这种非普遍性对我们理解非球面粒子的干扰有影响。
2015-04-10 cond-mat.soft
Entropy production fluctuations encode collective behavior in active matter
本文导出了相互作用活性物质系统熵产生分布的一般下界。我们在四个典型的活性物质模型中探讨了粒子间的关联是小的和短程的，在这种限制下，该边界是紧的。在所有的模型研究中，绑定是弱的集体波动的结果，在长程相关性，随后链接的位置的相变增强熵产生波动。我们开发了一个理论的发病增强波动，并将其与特定的相变在活跃的布朗粒子。我们还推导出最优控制力，实现必要的动态调整耗散和操作系统之间的阶段。在这样做的过程中，我们揭示了熵产生和斑图形成之间的一般关系，在活性物质，以及控制它的方法。
2020-12-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Detecting and characterizing phase transitions in active matter using entropy
该研究提出用活性物体集合的熵定量表征活性物质物相与相变，通过估算位置与取向自由度相关性的熵贡献，定位了Vicsek模型的集群相变并阐明机制，还在枯草芽孢杆菌群游实验中揭示了丰富相图。
2023-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Moderate Point: Balanced Entropy and Enthalpy Contributions in Soft Matter
各种软材料具有一些共同的特性，如显著的熵效应、大的涨落、对热力学条件的敏感性以及介观的时空尺度。然而，目前还没有为软物质提供定量的定义，导致它们共同特征的内在机制也不清楚。本文从统计力学的观点出发，证明了软物质在一个特定的热力学状态（称为“适度点”）附近工作，在该点上，沿某一序参量的各子态之间的熵和焓贡献是平衡的或具有最小的差异.在温和点附近，序参量涨落、相关响应函数和空间关联长度达到最大，分别解释了软物质的大涨落、对热力学条件的敏感性和介观时空尺度.可能的应用切换化学键或变构生物机械确定其最佳工作温度进行了讨论。
2016-09-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Scaling of the entropy production rate in a $φ^4$ model of Active Matter
在活跃的$φ^4$场论中，非平衡项在描述活跃的相分离中起着重要的作用;然而，在临界点，它们在重整化群的意义上是不相关的。它们的无关性使得临界指数与伊辛普适类的临界指数相同。尽管它们无关紧要，但它们有助于在临界状态下熵产生率的非平凡缩放。我们考虑非保守标量场$φ$（模型A）的非平衡动力学驱动的持续噪声，是相关的有限时标$τ$，在活性浴的情况下的平衡。我们计算了熵产生率密度$σ$，并研究了它在临界点附近的标度。我们发现，类似于活动模型A的情况下，虽然非零熵产生率在两个模型中的非线性是相当不同的，无关参数$τ$使临界动力学不可逆。
2022-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Play. Pause. Rewind. Measuring local entropy production and extractable work in active matter
时间反演对称性破缺和熵产生是非平衡现象的普遍特征。尽管它在活动和生命系统的物理学中很重要，但具有许多自由度的系统的熵产生仍然没有什么实际意义，因为它们的状态空间的高维性使得它难以测量。在这里，我们介绍了一个本地测量熵产生和数值协议来估计它。我们建立了熵产生和可提取的工作在系统的一个给定区域之间的连接，并显示这个数量如何依赖于被跟踪的自由度至关重要。我们通过考虑运动诱导相分离的活性布朗粒子系统，以及活性布朗粒子和E.大肠杆菌在整流装置中，粒子动力学的时间反演不对称耦合到空间不对称，以揭示其在宏观尺度上的影响。
2022-04-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
