Controlling colloidal phase transitions with critical Casimir forces
临界卡西米尔效应提供了众所周知的量子力学卡西米尔效应的热力学模拟。它作用于浸没在临界二元液体混合物中的两个表面之间，并且是由溶剂的浓度波动的限制引起的。与量子力学效应不同，这种吸引力的大小和范围可以通过溶剂相关长度随温度进行调节，从而为纳米和微米尺度结构的组装提供了新的机会。在这里，我们展示了使用临界卡西米尔力的平衡相的主动组装控制。我们通过精确控制胶体颗粒之间的相互作用，将其引导到分子液体和固体相的类似物中。通过测量临界Casimir粒子对势直接从密度波动的胶体气体中，我们获得洞察液化在小尺度上：我们应用分子液化的范德华模型，并表明，胶体气-液凝聚是准确描述的范德华理论，即使在几个粒子的规模。这些结果开辟了新的可能性，在主动组装控制的微米和纳米结构。
2013-02-20 cond-mat.soft
Normal and lateral critical Casimir forces between colloids and patterned substrates
我们研究的正常和横向有效的临界Casimir力作用于一个球形胶体浸没在一个关键的二元溶剂和接近的化学结构基板交替吸附偏好。我们计算了相应势的普适标度函数，并将我们的结果与最近的实验数据进行了比较[Replika F.，Zvyagolskaya O.，Hertlein C.赫尔顿湖，和Bechinger C.，物理学评论快报，101，208301（2008）]。实验电位被正确地捕捉到我们的预测，只有通过占基板图案的几何细节，根据我们的理论，临界卡西米尔力原来是一个敏感的探针。
2009-12-17 cond-mat.soft
Critical Casimir effect for colloids close to chemically patterned substrates
胶体浸没在临界或近临界二元液体混合物中并靠近化学图案化的衬底，受到占主导地位的强度的法向和侧向临界卡西米尔力。对于单个胶体，我们计算这些吸引力或排斥力和相应的临界Casimir势的平均场论。在这种方法中，我们还讨论了质量的Derjaguin近似，并将其应用到蒙特卡罗模拟数据可用于系统的研究。我们发现，Derjaguin近似的有效性的范围是相当大的，它只失败的表面结构是非常小的胶体的大小和它的距离从基板的几何平均值相比。对于基底的某些化学结构，作用在胶体上的临界卡西米尔力可以作为颗粒和基底之间的距离的函数改变符号;这提供了在一定距离处稳定悬浮的机制，其可以通过温度强烈调节，即，灵敏度大于200 nm/K。
2010-05-07 cond-mat.soft
Composite colloidal assembly by critical Casimir forces
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Wageningen University and Research（瓦赫宁根大学和研究机构）；Polish Academy of Sciences（波兰科学院）；Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme（马克斯·普朗克智能系统研究所）
通过临界Casimir力调控胶体粒子群体的自组装行为，实现复杂结晶行为和相图采样。
2026-02-12 cond-mat.soft
Observation of liquid glass in suspensions of ellipsoidal colloids
尽管胶体悬浮液的无处不在，很少有人知道的形状对相变的影响，特别是在非平衡状态。迄今为止，真实空间成像结果仅限于由球形胶体组成的系统。然而，在大多数自然和技术系统中，粒子是非球形的，它们的结构动力学由平移和旋转自由度决定。使用共聚焦显微镜，我们发现，悬浮液的椭球胶体形成一个意想不到的物质状态，液体玻璃中的旋转被冻结，而翻译保持流体。图像分析揭示了迄今未知的前体作为这种状态的特征结构元素。这些分枝簇的相互阻碍阻止液晶有序。我们的研究结果提供了独特的洞察局部结构和相变之间的相互作用。这有助于指导应用，如胶体超结构的自组装，也给出了形状对玻璃化转变的重要性的第一个证据。
2020-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Critical Casimir levitation of colloids above a bull's-eye pattern
本研究利用近临界流体中的临界卡西米尔力，实现胶体在牛眼图案化基底上方的悬浮，揭示了多种悬浮行为及参数依赖关系，为胶体分选和临界距离测定提供了新途径。
2024-09-12 cond-mat.soft
Dynamics of colloidal aggregation in microgravity by critical Casimir forces
利用临界Casimir力，研究了微重力条件下扩散受限胶体聚集的吸引强度依赖性。通过近场散射，我们测量的静态和动态结构因子的聚集体的聚集过程的演变。在理想的微重力条件下的静态和动态结构因子的同时测量，使我们能够唯一地确定的流体动力学和回转半径的比例作为集合体的分形维数的函数，使我们能够阐明的内部结构的聚集体作为相互作用的潜力的函数。我们发现，质量是均匀分布在所有对象的分形维数范围从2.55为浅到1.75为最深的潜力。
2013-04-26 cond-mat.soft
Critical Casimir Forces and Colloidal Phase Transitions in a Near-Critical Solvent : A Simple Model Reveals a Rich Phase Diagram
从实验研究中，它是众所周知的，胶体颗粒悬浮在一个近临界二元溶剂表现出有趣的聚集现象，往往与胶体相变，并假定是由长程溶剂介导（SM）的相互作用（临界Casimir力），设置（发散）的相关长度的溶剂驱动。我们提出了第一个模拟和理论研究的三元混合物，模仿这种情况的一个明确的模型。有效的SM对相互作用和完整的三元相图确定的布朗盘悬浮在一个明确的二维超临界二元液体混合物。气-液和流体-固体的转变中观察到的一个区域，延伸以及远离临界的溶剂储层。我们讨论在何种程度上一个有效的对潜在的描述可以占我们观察到的相行为。我们的研究提供了一个新的视角如何临界波动的溶剂可能会影响胶体自组装。
2014-12-17 cond-mat.soft
Collective behavior of colloids due to critical Casimir interactions
如果胶体溶质颗粒悬浮在接近其临界点的溶剂中，它们就像波动介质中的空腔，从而以取决于它们的相对构型的方式限制和修改波动光谱。因此，有效的，所谓的临界卡西米尔力（CCF）之间的胶体出现。CCF的范围和幅度敏感地依赖于温度和溶剂的组成，以及在颗粒表面的溶剂的序参量的边界条件。这些显着的，而且通用的功能的CCF提供了一个积极的控制胶体的组装的可能性。这引发了最近对这些现象的实验和理论兴趣的激增。我们目前在这一领域的研究活动的概述。各种实验表明，在低于二元溶剂的较低的会溶点的混合相中，胶体发生热可逆的自组装或聚集，甚至平衡相变。我们讨论了这些现象的理论描述的状态，特别是在有效的，单组分胶体系统和一个完整的三元溶剂胶体混合物的治疗的必要性方面的描述的有效性。我们建议的观点，在这一领域的未来研究可能会发展的方向。
2017-11-24 cond-mat.soft
Anisotropies in thermal Casimir interactions: ellipsoidal colloids trapped at a fluid interface
研究了两个椭球粒子在两相流体界面上的有效相互作用，这种有效相互作用是由界面的热涨落引起的。在该系统中，粒子对界面长程涨落的限制产生了涨落诱导力，它等价于Casimir型相互作用，在界面平面上是各向异性的。由于胶体相对于界面法线的位置和方向也可能波动，因此该系统是具有波动边界条件的卡西米尔效应的一个例子。在这里所采取的方法中，Casimir相互作用被重写为一个辅助电荷密度的波动多极矩之间的相互作用--这些波动耦合到接触线位置的多极矩的波动（由于胶体的可能的位置和取向波动）。我们得到明确的Casimir相互作用的行为在大距离任意椭球长宽比的表达式。如果胶体波动被抑制，在大距离的Casimir相互作用是各向同性的，有吸引力的和长范围的（双对数的距离）。然而，如果包括胶体波动，在大距离的卡西米尔相互作用的变化，在相反的距离幂律，并成为各向异性。如果只考虑胶体中心的垂直涨落，则主导幂为4，如果考虑取向涨落，则主导幂为8。
2009-04-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Three-body critical Casimir forces
在平均场论中，我们计算了由三个平行的圆柱形胶体浸没在近临界二元液体混合物组成的系统的临界Casimir力的通用标度函数。对于几个几何排列和边界条件的胶体的表面，我们研究两个胶体粒子之间的力沿其中心到中心的轴，分析的存在下，第三个粒子上的力的影响。在改变温度或粒子的相对位置时，我们观察到有趣的特征，例如由第三个粒子的存在引起的力的符号的变化。我们通过从总力中减去成对力来确定作用在其中一个胶体上的力的三体分量。三体贡献的总临界卡西米尔力原来是更明显的小表面到表面之间的距离的胶体，以及接近临界的温度。此外，我们比较我们的结果与类似的其他物理系统，如三个原子通过范德华力相互作用。
2015-03-03 cond-mat.soft
Casimir-like forces at the percolation transition
渗流和临界现象具有标度性和普适性等共同特征。胶体粒子在接近临界的溶剂中会受到长程有效力，称为临界卡西米尔力。%这些源自胶体之间的溶剂临界波动的限制。临界现象和渗流之间的类比的基础上，我们探讨了观察附近的渗流阈值的长程力的可能性。为了这个目的，我们数值计算两个胶体颗粒之间的有效电位分散在一个化学溶胶，我们表明，它变得有吸引力的和长期的接近溶胶渗滤过渡。我们开发了一个多分散的Asakura-Oosawa模型的基础上的理论描述，该模型捕获的相互作用范围的分歧，使我们能够解释这样的效果在结构化溶剂中的耗尽相互作用。我们的研究结果提供了临界Casimir力的几何模拟，提出了一种新的方式来调整胶体相互作用，通过控制溶剂的聚集特性。
2014-07-15 cond-mat.soft
Critical Casimir interactions around the consolute point of a binary solvent
近临界介质的空间约束改变了其涨落谱，并改变了相应的序参量分布。这些效应导致有效的，所谓的临界卡西米尔力（CCF）作用在限制表面上。这些力对于约束的相对表面处的序参量的类似边界条件是有吸引力的。对于溶解在二元液体混合物中的胶体颗粒，在接近其分层临界点时充当溶剂，因此预期出现相分离成平衡胶体液相和气相。我们分析了这种现象是如何发生在整个热力学附近的二元溶剂的会溶点不对称。通过应用平均场近似和半经验de Gennes-Fisher泛函的场论方法，我们研究了作用于平面平行壁之间以及两个球形胶体之间的CCF及其对温度和近临界二元混合物组成的依赖性。我们发现，对于组合物稍微差的分子优先吸附在表面上，CCF是显着强于临界组合物，从而导致显着的胶体偏析。根据计算得到的胶体间的有效对势，得到的胶体溶液的分凝相图与实验和模拟结果吻合得非常好。
2014-03-21 cond-mat.soft
Controlling the dynamics of colloidal particles by critical Casimir forces
临界卡西米尔力可以在纳米科学和纳米技术的应用中发挥重要作用，由于它们的皮牛顿强度，纳米作用范围，作为温度的函数的精细可调谐性，以及对所涉及物体的表面性质的精确依赖性。在这里，我们调查的自由动力学的一对胶体粒子分散在一个近临界的二元液体溶剂的大部分，使用闪烁的光镊临界Casimir力的影响。特别地，我们测量两种胶体之间的距离的时间演化，以确定它们的相对扩散和漂移速度。此外，我们通过研究所谓的首次通过时间分布的温度依赖性，即，从最初指定的距离开始，颗粒第一次达到一定距离所需的时间。这些数据与蒙特卡罗模拟和Langevin动力学的理论结果符合得很好。
2018-07-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Colloidal aggregation in microgravity by critical Casimir forces
利用临界Casimir力，利用近场散射方法研究了有重力和无重力条件下胶体凝聚的吸引力强度。微重力和地面实验之间的显着差异，无论是在所形成的分形聚集体的结构，以及增长的动力学。地面测量受到沉降的严重影响，导致反应受限行为。在微重力条件下，观察到一种纯粹的扩散行为，反映在测量的聚集体分形维数以及增长率的幂律行为中。形成的聚集体变得更加开放的吸引力的强度增加。
2012-05-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Colloidal aggregation and critical Casimir forces
最近的一封信[物理。103，156101（2009）]报道了分散在重水和3-甲基吡啶的液体混合物中的胶体颗粒聚集的实验观察。实验数据解释的模型，该模型只占粒子间的静电斥力和吸引力的临界卡西米尔力的竞争效应。然而，在这里，我们表明，报告的聚合实际上发生在相关长度和德拜筛选长度的值的范围内排除了拟议的模型，并在信中提出的实验数据的一个重要部分不能一致地解释在这样一个模型。
2010-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tunability of Critical Casimir Interactions by Boundary Conditions
我们的实验表明，临界Casimir力在胶体系统中可以连续调谐的边界条件的选择。胶体颗粒在水和2，6-二甲基吡啶的混合物中的相互作用势已被测量，在其优先吸附性能的混合物的组分的梯度的基板上。我们发现，在温度不变但相对于梯度不同位置的相互作用势连续地从吸引变为排斥。这表明临界Casimir力不仅对微小的温度变化有反应，而且对表面性质的微小变化也有反应。
2009-10-13 cond-mat.soft
Many-body critical Casimir interactions in colloidal suspensions
本文研究了胶体悬浮液中涨落引起的Casimir相互作用，特别是在接近临界分层点的二元液体中胶体之间的相互作用。为了模拟这些系统，我们提出了一个高效的簇蒙特卡罗算法的基础上的几何对称性的哈密顿量。利用普适性原理，介质由伊辛系统表示，而胶体是具有固定取向的自旋区域。我们对二维临界点两粒子间Casimir相互作用势的计算结果与精确预言完全一致。然而，我们发现，在有限系统的行为强烈依赖于系统的$Z_{2}$对称性是否被打破的粒子。最后，我们提出的三体Casimir相互作用势的Monte Carlo结果，并采取密切关注的情况下，一个粒子在附近的两个相邻的粒子，这可以从两个粒子的相互作用计算的保角映射。这些结果强调了失败的常见的分解方法为多粒子临界Casimir相互作用。
2017-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech hep-lat
Casimir Interaction between Polydisperse Colloids Trapped at a Fluid Interface
Faculty of Physics, K.N. Toosi University of Technology（物理学院，K.N. 托西理工大学）
研究多分散性胶体在流体界面的Casimir相互作用，发现尺寸不对称性对多体相互作用有显著影响，尤其在长距离范围内，胶体运动性与几何形状的相互作用增强了对尺寸不对称性的敏感性。
2025-10-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective interaction between a colloid and a soft interface near criticality
在平均场论中，我们确定了作用在一个单一的胶体上的有效力的通用标度函数，该胶体位于接近其临界会溶点的二元液体混合物的两个共存的液相之间的界面附近。这是第一次研究的临界Casimir力出现的波动介质的限制，至少有一个软界面，而不是刚性墙，只有如前所述。对于这个特定的系统，我们的半解析计算表明，知识的胶体引起的，变形的界面形状允许一个准确地描述胶体和界面之间的有效相互作用势。此外，我们的分析表明，临界Casimir力涉及一个可变形的接口是准确地描述了一个通用的尺度函数，其形状不同于刚性壁。
2014-07-29 cond-mat.soft
Liquid bridging of cylindrical colloids in near-critical solvents
在平均场论中，我们研究了一对平行的圆柱形胶体之间的桥接过渡浸入二元液体混合物作为溶剂，这是接近其临界共溶点$T_c$。我们确定的有效势和胶体之间的力的通用标度函数。对于一个溶剂，这是在临界浓度和接近$T_c$，我们发现，临界Casimir力是占主导地位的相互作用在密切的分离。这与相应的Derjaguin近似的两个圆柱体之间的有效相互作用非常一致，而毛细管力源自液体桥的延伸变成更重要的大分离。此外，我们能够推断，从润湿特性的个别胶体的一阶过渡的液体桥连接两个胶体颗粒的破裂状态。虽然具体到圆柱形胶体，这里提出的结果也提供了一个轮廓，用于识别关键Casimir力作用于桥接胶体颗粒，并分析它们之间的桥接过渡。
2017-06-02 cond-mat.soft
Dispersions of ellipsoidal particles in a nematic liquid crystal
分散在部分有序介质（例如液晶（LC）相）中的胶体颗粒干扰其排列并受到弹性力。这些力是长程的、各向异性的，并且可以通过温度或外部场进行调节，这使得它们成为控制胶体组装的宝贵资产。后者对颗粒几何形状非常敏感，因为它改变了胶体之间的相互作用。在这里，我们提出了一个详细的数值分析的能量细长的物体，即长椭球体，沉浸在一个cuberhost。的结果，补充定性实验，揭示了新的LC配置具有独特的拓扑性质周围的椭球体，取决于他们的纵横比和边界条件上施加的非线性序参量。后者也决定了椭球体在磁场中的优先取向，因为弹性扭矩，以及颗粒聚集体的形态。
2013-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Macromolecular crowding in chiral assembly of ellipsoidal nanoparticles
本研究通过分子动力学模拟椭球粒子自组装，引入基于拥挤因子理论的特征参数，揭示了高拥挤条件下初始团簇诱发手性扭转并形成胆甾相结构的机制。
2024-01-05 cond-mat.soft
Interface deformations affect the orientation transition of magnetic ellipsoidal particles adsorbed at fluid-fluid interfaces
制造具有特定光学、机械和磁性的新型软材料是一项重大挑战。在流体界面组装和操纵胶体颗粒是制造这种材料的一种有前途的方法。利用格子玻尔兹曼方法研究了吸附在液-液界面上的磁性椭球粒子对外部磁场的响应。我们为Bresme和Faraudo [Journal of Physics：Condensed Matter 19（2007），375110]预测的一级取向相变提供了进一步的证据。我们发现，毛细管界面周围的椭圆形颗粒的变形显着影响粒子的倾斜角为一个给定的偶极场强度，改变的属性的取向转变。我们提出了这种转变的比例律，并建议如何使用这些变形，以促进流体-流体界面处的粒子组装。
2014-10-28 cond-mat.soft
The Importance of Boundary Conditions for Fluctuation Induced Forces between Colloids at Interfaces
我们计算了球形或盘状胶体之间的有效波动诱导力被困在一个平坦的，由热激发的毛细波介导的流体界面。该Casimir型力由系统的配分函数确定，该配分函数又以泛函积分方法计算，其中由胶体施加的对毛细管波的限制通过辅助场并入。在长程制度的波动诱导力敏感地依赖于在胶体和两个流体相之间的三相接触线处施加的边界条件。波动的毛细管波场分裂成一个平均场和一个波动部分导致竞争排斥和吸引的贡献，分别引起取消的领先条款。在第二种方法的基础上的多极展开的卡西米尔相互作用，这些取消可以理解从消失的某些多极矩所执行的边界条件。我们还讨论了连接的不同类型的边界条件，以某些外部领域的作用在胶体，这似乎是可实现的实验技术，如激光镊子的方法。
2006-08-25 cond-mat.soft
Ellipsoidal particles at fluid interfaces
对于部分润湿，椭球胶体被困在流体界面，其有效的，界面介导的相互作用的毛细管和波动引起的类型进行了分析。对于不同于90 ° $^o$的接触角，出现静态界面变形，这导致对于微米尺寸的颗粒已经相当大的各向异性毛细力。毛细管问题的解决，使用一个有效的微扰处理，允许快速确定的毛细管之间的相互作用的所有距离和两个粒子的取向。除了静态毛细力外，热激发毛细波引起的波动诱导力也会在流体界面处产生。对于空间固定的三相接触线的具体选择，波动引起的力的渐近行为被确定为近距离和长距离的制度分析和数值解相比。
2008-01-18 cond-mat.soft
Revealing polymerization kinetics with colloidal dipatch particles
有限价态的胶体粒子可以自组装成类似于分子的聚合物结构。虽然它们的结构平衡特性引起了广泛的关注，但对其动力学的洞察已被证明具有挑战性。在这里，我们调查的聚合动力学的半柔性聚合物在两个维度（2D）通过直接观察组装二价粒子，键合的临界卡西米尔力。可逆的临界Casimir力创造了具有可调链解离、缔合和弯曲刚性的活性聚合条件。我们发现，不像稀释的聚合物，显示指数的尺寸分布与Flory理论非常一致，浓缩的样品表现出逮捕的旋转和平移扩散，由于在2D连续各向同性的，以cubic过渡，减缓增长动力学。通过添加更高价的颗粒，将聚合物交联成网络，可以避免这些影响。我们的研究结果连接聚合物的灵活性，聚合物相互作用和特殊的各向同性的过渡，在2D提供深入了解合成的二维聚合物的聚合过程，和生物聚合物在膜和界面。
2021-06-08 cond-mat.soft
Critical Casimir forces in soft matter
本文综述了软物质中临界卡西米尔力的理论、数值与实验研究进展，强调其通过温度变化可逆调控强度及表面处理决定吸引或排斥的特性，在控制胶体性质与微机械系统应用中具有潜力，并指出其动力学与非平衡行为尚待探索。
2023-12-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Salt-induced changes of colloidal interactions in critical mixtures
我们报告盐依赖的相互作用势的一个单一的带电粒子悬浮在二元液体混合物以上的带电壁。对于对称的边界条件（BC），我们观察到有吸引力的颗粒壁相互作用力，这是类似的临界Casimir力以前观察到的无盐混合物。然而，在反对称BC的情况下，我们发现一个温度依赖的交叉从吸引力到排斥力，这是在强烈对比无盐条件。另外进行的小角X射线散射实验表明，散装临界波动不受盐的加入。这表明，观察到的交叉不能单独归因于临界卡西米尔力。相反，我们的实验指向一个可能的耦合之间的离子分布和浓度分布的二元混合物，然后影响在这样的系统中的相互作用电位。
2011-04-28 cond-mat.soft
Critical Casimir forces steered by patterned substrates
在软物质中的各种有效力中，所谓的临界Casimir力的空间范围和方向-由接近连续相变的增强热涨落产生-可以在很大程度上被控制和可逆地修改。特别是，微小的温度变化的流体溶剂，这提供了近临界的热波动，导致溶质颗粒之间的有效相互作用的范围和强度的显着变化。此功能允许控制，例如，胶体分散体的聚集或胶体在化学或形貌图案化基底存在下的空间分布。作用在溶质颗粒上的有效力的空间方向仅取决于浸没颗粒的表面性质，并且可以通过适当图案化的表面在空间上调制。这些临界Casimir力在很大程度上与溶剂和限制表面的特定材料性质无关。临界现象的这一特性的普遍性允许在合适的代表性和简化模型方面对临界卡西米尔力进行系统和定量的理论研究。在这里，我们强调了最近的理论和实验进展，特别强调的许多可能性控制这些部队的基板图案的临界卡西米尔部队。
2010-11-08 cond-mat.soft
Phase behavior of colloidal suspensions with critical solvents in terms of effective interactions
本文研究了胶体悬浮液的相行为，其溶剂被认为是经历相分离的二元液体混合物。我们专注于热力学区域的临界点附近的伴随的兼容性差距。在那里，由于胶体颗粒在临界介质中充当空腔，相应的序参量的临界涨落的空间限制导致胶体之间的有效的、所谓的临界卡西米尔力。采用有效的，单组分胶体系统的方法，我们探讨了两个阶段的胶体悬浮液，一个是丰富的，另一个是穷人的胶体颗粒之间的相共存的可能性。这种有效的方法的可靠性进行了讨论。
2012-01-27 cond-mat.soft
Optical trapping and critical Casimir forces
临界Casimir力出现在物体之间，例如胶体颗粒，当它们的表面空间限制用作溶剂的临界液体的序参量的波动时。这些力作用在这些物体之间很短但微观上很大的距离上，通常达到数百纳米。将胶体保持在这样的距离是一个主要的实验挑战，这可以通过光学镊子来解决。在这里，我们回顾如何光镊已成功地用于定量研究临界Casimir力作用于悬浮液中的颗粒。正如我们将看到的，使用光镊实验研究临界卡西米尔力可以在开发纳米技术中发挥至关重要的作用，代表了在纳米和微米尺度上实现自组装器件的创新方式。
2020-08-04 cond-mat.soft physics.optics
Critical Casimir interaction between colloidal Janus-type particles in two spatial dimensions
我们研究胶体粒子与化学不均匀的表面悬浮在一个临界二元液体混合物。不均匀的颗粒表面是由补丁交替吸附偏好的两个组成部分的二元溶剂。通过用临界伊辛模型描述二元液体混合物\emph{at}及其相溶点，我们利用了它在二维空间中的共形不变性。这使我们能够准确地确定普遍的配置文件的顺序参数，能量密度和应力张量，以及他们的一些关联函数围绕一个单一的粒子的各种形状和配置的表面补丁。形式主义包括几个有趣的配置，包括Janus粒子的圆形和针形状的偶极对称和圆形粒子的四极对称。从这些单粒子的属性，我们构建了所谓的小粒子算子展开（SPOE），这使我们能够获得渐近精确的表达式的位置和方向相关的临界Casimir相互作用的粒子与遥远的物体，如另一个粒子或限制壁的半平面，带，或楔，与各种边界条件的序参量。在几种情况下，我们比较了大距离与近距离的相互作用（但在分子尺度上仍然很大）。我们还比较了我们的分析结果与最近的模拟数据的两个Janus粒子。
2019-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective forces between colloids at interfaces induced by capillary wave-like fluctuations
我们计算了热激发毛细波介导的有效力之间的球形或盘状胶体被困在流体界面。这种Casimir型相互作用敏感地依赖于在三相接触线处施加的边界条件。对于大的胶体之间的距离一个意想不到的取消吸引力和排斥力的贡献，观察到导致波动力代数衰减非常迅速。对于小的分离力是相当强的，它可能会发挥重要作用，在二维胶体聚集，如果直接范德华力是弱的。
2006-08-23 cond-mat.soft
Nonequilibrium critical Casimir interactions in binary fluids
浸入临界二元液体混合物中的胶体受到临界卡西米尔力（CCF）的影响，因为它们限制了其浓度波动并通过有效表面场影响后者。迄今为止，CCF仅在热力学平衡下进行了研究。然而，由于临界减速，颗粒周围的序参量很容易被胶体的任何运动或溶剂流动所扰动。这导致了国家合作框架中重大但基本上未探索的变化。本文研究了近临界流体混合物中单个胶体颗粒的拖曳力以及两个胶体在CCF作用下的相对运动。为了解释序参量场、溶剂速度场和粒子运动之间的动力学耦合，我们使用流体粒子动力学方法。这些研究将对CCF的理解从热平衡扩展到与当前实验相关的非平衡过程，并显示临界点附近出现的显著效应。
2013-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Long-wavelength fluctuations and static correlations in quasi-2D colloidal suspensions
非线性强烈地影响平衡系统的热涨落和临界动力学。这些影响在经历非平衡玻璃化转变的非晶系统中持续存在。在这里，我们的实验研究的准二维悬浮液的球形和椭球形颗粒在不同程度的圆形限制下的玻璃化转变。我们发现，长波长波动的强度随系统尺寸的增加而增加，并显示Mermin-Wagner波动的签名。此外，使用约束作为一种工具，我们还测量静态结构相关性，并提取一个不断增长的静态相关长度在二维过冷液体。最后，我们探讨了Mermin-Wagner波动对二维椭球悬浮液的平移和取向弛豫的影响，从而对各向异性颗粒的两步玻璃化转变和取向玻璃相进行了新的解释。我们的研究揭示了长波长波动在二维过冷液体中的重要性，并为维度在玻璃化转变中的作用提供了新的见解。
2019-04-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Casimir Forces at Tricritical Points: Theory and Possible Experiments
利用场论方法和利用共形不变性，我们研究Casimir力在三临界点所施加的长程涨落的序参数场。特别注意的情况下，对称性被打破的边界条件（非凡的过渡）。除了平行板的配置，我们还讨论了两个单独的球和一个单一的球附近的平面壁，这可能是一个模型的胶体粒子浸没在流体中的几何形状。在具体的情况下，三元混合物的定量比较与临界卡西米尔和范德华力表明，特别是与临界破坏边界，三临界卡西米尔力是相当强的临界之一，并占主导地位的竞争也范德华力。
1997-02-28 cond-mat.soft
Nonadditivity of Critical Casimir Forces
在软物质和凝聚态物理中，有效的相互作用常常是由于涨落场的空间限制而出现的。例如，在二元液体混合物中的微观颗粒受到临界Casimir力，每当它们的表面限制这种溶剂的序参量的热波动时，其范围在接近临界分层点时发散。临界Casimir力被预测为在一个特定的大尺度上是非加性的。然而，这一事实的直接实验证据仍然缺乏。在这里，我们填补了这一空白，报告相关的多体效应的实验测量。特别是，我们专注于三个胶体粒子的光阱，并观察到的临界Casimir力施加在其中一个由其他两个胶体不同的总和，他们分别施加的力量。这种三体效应的大小和范围敏感地取决于溶剂临界点的距离和混合物中两种组分在胶体表面的优先吸附。
2015-11-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.optics
Structure and aggregation of colloids immersed in critical solvents
我们考虑一个球形胶体粒子的合奏沉浸在近临界溶剂，如二元液体混合物接近其临界分层点。溶剂的相应序参量的长程波动驱动了相关长度的发散。这些临界波动的胶体溶质颗粒的空间限制，作为空腔中的波动介质，限制和修改的波动谱的方式取决于它们的相对配置。这导致有效的，所谓的临界卡西米尔力（CCF）作用在限制表面上。利用现有的知识，我们研究的结构和稳定性，这样的胶体悬浮液，采用有效的，单组分胶体系统的方法。应用两两相加的CCF近似，我们计算了胶体的径向分布函数，这是实验上可访问的。我们分析了胶体聚集由于CCF，从而暗示了以前的实验研究仍在争论中
2012-01-27 cond-mat.soft
Interaction and self-assembly of membrane-binding and membrane-excluding colloids embedded in lamellar phases
在离散高斯模型的框架内，我们提出了分析结果的相互作用引起的小嵌入胶体之间的层状相。我们考虑两个限制的颗粒强烈粘附到相邻的膜和颗粒不可穿透的膜。我们的方法考虑到胶体的有限大小，层的离散性，并包括Casimir样的波动效应，这是非常重要的稀相。蒙特卡罗模拟的统计行为的膜相互作用的胶体帐户半定量的，没有任何可调参数，为实验数据测量的二氧化硅纳米球内插入溶致亲胶。我们预测存在的有限大小和密集的颗粒聚集体起源于吸引力之间的相互作用在同一层中的胶体之间的竞争和排斥的胶体之间的一层。
2019-02-02 cond-mat.soft
Tuning effective interactions close to the critical point in colloidal suspensions
我们报告了一个数值调查的两个胶体浸泡在一个临界溶剂，目的是量化的有效胶体-胶体相互作用的潜力。通过打开胶体和溶剂颗粒之间的吸引力，我们遵循从接近胶体的溶剂密度从小于体积的值变化到大于体积的值的情况的演变。因此，我们有效地实现了所谓的$(+,+)$和$(-,-)$的边界条件定义的场论方法集中在描述临界卡西米尔力。我们发现，在大距离的有效电位呈指数衰减，与体临界相关长度兼容的特征衰减长度，与理论预测完全一致。我们还研究了$(+,-)$边界条件的情况下，有效势成为排斥。我们的研究提供了一个指导的相互作用势，可以利用它来控制胶体系统的稳定性的设计。
2012-09-11 cond-mat.soft
Rotational and Translational Phonon Modes in Glasses Composed of Ellipsoidal Particles
实验研究了颗粒形状对胶体玻璃振动特性的影响。“椭球玻璃”是通过将聚苯乙烯球拉伸到不同的纵横比，然后将所得的椭球颗粒以高填充分数悬浮在水中而产生的。通过测量粒子之间的位移相关性，我们提取相应的“影子”椭球玻璃的振动特性与相同的几何配置和相互作用的“源”悬浮液，但没有阻尼。长/短轴纵横比为$\sim$ 1.1的椭球粒子组成的玻璃中的低频模式被观察到具有主要的旋转特征。相比之下，具有较大纵横比的椭球颗粒玻璃（$\sim$ 3.0）中的低频模式表现出旋转和平移特性的混合。所有玻璃样品的特征在于具有不同纵横比的颗粒的分布。有趣的是，即使在相同的样品中，也发现小纵横比颗粒相对更多地参与旋转模式，而大纵横比颗粒倾向于相对更多地参与平移模式。
2010-12-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Critical Casimir interactions between Janus particles
近年来，人们对片状和Janus粒子的自组装和相行为的研究产生了浓厚的实验和理论兴趣。虽然在这方面的追求已经提出了各种有效的相互作用，并使用，以实现定向组装，关键卡西米尔效应脱颖而出，特别适合在这方面，因为它提供了吸引和排斥的相互作用，以及一个敏感的温度控制其强度的潜力。具体来说，我们已经计算了临界Casimir力之间的一个单一的Janus粒子和横向均匀的基板以及基板与化学步骤。我们使用了Derjaguin近似，并将其与全平均场论的结果进行了比较。一个修改的Derjaguin近似原来是一般可靠的。基于这种方法，我们推导出了两个Janus柱之间以及两个Janus球之间的有效力和有效势。
2016-05-17 cond-mat.soft
Effective Pair Interaction of Patchy Particles in Critical Fluids
本文研究了两个球形胶体在接近临界分层点时的临界Casimir相互作用。每种胶体的表面都倾向于一种混合物，但任意大小的圆形斑块除外，其中另一种是首选。对于这样的对象，我们计算，在Derjaguin近似下，描述临界Casimir势的标度函数，我们用它来推导作用在两种胶体上的力和力矩的所有分量的标度函数。结果与现有的实验数据进行了比较。此外，推导出势的标度函数与力和力矩的标度函数之间的一般关系。
2020-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controllable Capillary Assembly of Magnetic Ellipsoidal Janus Particles into Tunable Rings, Chains and Hexagonal Lattices
流体界面上的胶体组装在自下而上制备新型结构材料方面具有巨大的潜力。然而，在实现颗粒到不同结构中的可控和可调组装方面仍然存在挑战。在这里，我们报告的磁性椭球Janus粒子在流体-流体界面的毛细管组装。根据它们的倾斜角，即颗粒主轴与流体界面形成的角度，这些颗粒使界面变形并产生毛细偶极子或六极。在毛细管相互作用的驱动下，多个颗粒因此组装成链状、六方晶格状和环状结构，这可以通过施加外部磁场来主动控制。我们预测的场强相图中，各种结构是目前作为稳定状态。由于组装结构的多样性，可控性和可调性，因此，在流体界面处的磁性椭球Janus粒子可以作为新材料的通用构建块。
2020-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
The locality of surface interactions on colloidal probes
在短距离的物体之间的卡西米尔和电磁相互作用强烈地受到最近接近点附近的局部几何形状的影响。在本文中，我们证明了常见的统计分析粗糙度的假设可能不成立的实验中使用微球作为相互作用的对象。广泛使用的胶体颗粒类型4310A和4320A的表面拓扑结构的广泛的实验和数值分析的基础上，我们表明，在当地的表面曲率的实际变化可能会引起较大的不确定性的实验数据与理论的比较。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
The Casimir effect: from quantum to critical fluctuations
量子电动力学（QED）中的卡西米尔效应可能是最著名的涨落诱导长程力作用于浸没在涨落介质（真空中的量子电磁场）中的物体（导电板）的例子。类似的效应出现在统计物理学中，其中作用力，例如，浸入二元液体混合物中的胶体颗粒上的温度受周围介质中发生的经典热波动的影响。由此产生的类卡西米尔力在接近介质的临界点时获得了普遍的特征，并在临界点处成为长程的。反过来，这种普遍性允许人们通过代表性模型从理论上研究力的温度依赖性，并在实验中严格测试相应的预测。与QED相反，临界涨落产生的卡西米尔力可以通过表面处理和温度控制容易地调整强度和符号。本文介绍了薄膜中临界Casimir力普适性质的理论研究的一些最新进展。相应的预测与各种流体润湿层的实验结果非常吻合。我们讨论了如何在一个胶体颗粒和一个平面壁浸入在一个二元液体混合物之间的卡西米尔力已测量与毫微微牛顿的精度，比较这些实验结果与相应的理论预测。
2008-12-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech quant-ph
Plane-wave approach to the exact van der Waals interaction between colloid particles
范德瓦尔斯相互作用，也称为卡西米尔相互作用时，包括阻滞效应的数值精确评估，构成了一个具有挑战性的任务。我们提出了一种新的方法的基础上的平面波的基础上，并证明它具有优势，更常用的多极基础。平面-球体和球体-球体几何的旋转对称性可以通过离散傅立叶变换来利用。这种新技术被应用于水溶液中由聚苯乙烯或汞制成的胶体颗粒与另一个聚苯乙烯球或聚苯乙烯壁之间的相互作用的研究。特别注意的是，在介质中的可变盐浓度所造成的筛选的影响。结果发现，特别是低盐浓度的接近力近似所隐含的误差是大于通常假设的。对于一个汞液滴，一个排斥的相互作用被发现足够大的距离提供屏蔽是可以忽略不计的。我们强调，有效的Hamaker参数显着依赖于它所基于的散射几何形状。
2020-04-21 cond-mat.soft
Persistence in Brownian motion of an ellipsoidal particle in two dimensions
本文研究了具有二维形状不对称性的布朗粒子位置的持续概率$p(t)$。持续性概率定义为随机变量在给定的时间间隔内不改变其符号的概率。我们明确地考虑两种情况--自由粒子的扩散和谐波捕获粒子的扩散。后者在使用捕获和跟踪技术来测量位移的实验中特别相关。我们提供了解析表达式的$p(t)$的情况下，并表明，在形状不对称的情况下，结果减少到各向同性颗粒的情况下。$p(t)$的解析表达式进一步验证了对数值模拟的基础过阻尼动力学。我们还说明，$p(t)$可以是一个措施，以确定胶体的形状不对称性和平移和旋转扩散率可以估计从测量的持久性概率。这种方法的优点是它不需要跟踪粒子的取向。
2020-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical Casimir torques and forces acting on needles in two spatial dimensions
我们研究了非球形胶体粒子之间的普遍取向依赖的相互作用，浸泡在一个临界溶剂中，通过研究一个有界的二维伊辛模型在散装临界嵌入针的指导范例。对于伊辛带中的针，介观尺度上的相互作用取决于带的宽度和针的长度、位置和取向。通过晶格蒙特卡罗模拟，我们评估了平行和垂直于条带的针配置之间的自由能差。我们专注于小，但介观针长度的分析预测可用于比较。考虑针和边界的边界条件的所有组合，其属于“正常”或“普通”表面普适类，即，它们分别引起局部有序或无序。我们还得到精确的结果为针的任意介观长度，特别是针嵌入在一个半平面和定向垂直于相应的边界，以及针嵌入在中心线的对称带与平行方向。
2013-04-15 cond-mat.soft
Scattering Approach for Fluctuation--Induced Interactions at Fluid Interfaces
我们发展的散射形式主义计算胶体粒子之间的相互作用被困在流体界面。由于，除了接口，胶体也可能在这个系统中波动，我们实施的波动的边界到散射形式主义和调查如何修改胶体之间的相互作用的波动。这种通用方法可以应用于界面处具有各种几何形状的任何数量的胶体。我们应用在这项工作中推导出的形式主义的两个流体相之间的界面处的球形胶体系统。对于两个球形胶体，该方法非常有效地再现了以前已知的结果。对于三个粒子，我们发现大分离渐近能量的解析表达式和数值计算的Casimir相互作用在所有的分离。我们的研究结果表明，一个有趣的三体效应的固定和波动的胶体。三体效应增强了涨落胶体之间的吸引作用，但减弱了固定在界面上的胶体之间的吸引力。
2013-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium master kinetic equation modelling of colloidal gelation
我们提出了一个详细的研究过程中的动力学集群的增长过程中的弱吸引力的胶体粒子的凝胶化临界Casimir吸引力的胶体系统，模拟和分析理论的实验装置。在实验和模拟中，我们遵循的平均配位数的粒子在集群的增长过程中，以确定一个吸引力的强度独立的集群演化作为平均配位数的函数。我们将这种集群的演变动力学的附着和分离率的颗粒和颗粒集群。我们发现，单粒子脱离占主导地位，在相关的弱吸引力强度制度，而协会率几乎是独立的集群大小。利用单粒子解离速率和与尺寸无关的缔合速率的极限，我们解析求解团簇生长的主动力学方程，预测幂律团簇质量分布与指数$-3/2$和$-5/2$凝胶化前后，分别与实验和模拟数据一致。这些结果表明，所观察到的临界Casimir诱导的凝胶化是一个二级非平衡相变（打破细致平衡）。与此相一致的情况下，最大的集群的大小观察到偏离幂律指数根据三维渗流接近临界平均配位数。
2021-02-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Gravity-controlled non-equilibrium Casimir pressure in a binary liquid mixture
SISSA — International School for Advanced Studies（国际高等研究院）；INFN（意大利国家核物理研究所）；Faculty of Physics, University of Vienna（维也纳大学物理学院）
研究二元液体混合物中重力控制的非平衡卡西米尔压力，用涨落流体动力学表明平板过剩压力由\(k_{\mathrm{RO}}L\)标度函数描述，大间距时按\(1/(k_{\mathrm{RO}}L)\)衰减，力可吸引或排斥，还提出测量该力的实验装置及估计力大小。
2026-07-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stability and interactions of nanocolloids at fluid interfaces: effects of capillary waves and line tensions
我们分析了一个简单的模型，其中包括表面和线张力，以及热平均界面波动（毛细波）内的流体界面处捕获的纳米粒子的有效潜力。对于一个单一的胶体，减少陡峭的势阱阻碍运动的界面平面相比，刚性界面模型进行观察，并指出在负的线张力的情况下的毛细波分区和的不稳定性。对于两个胶体，平均在毛细管波导致一个有效的Casimir型相互作用，这是长范围的，功率一样的反距离，但其功率敏感地依赖于可能的限制的胶体自由度。一个非零的线张力导致的变化的幅度，但不是在功能形式的有效潜在的渐近。
2008-07-11 cond-mat.soft
