Isotropic-nematic transition of self-propelled rods in three dimensions
利用过阻尼布朗动力学模拟方法研究了三维空间中自推进杆的各向同性相变。对于两个著名的模型系统（Gay-Berne势和硬spherocylinders），我们发现，打开活动移动到更高的密度的相边界分离的各向同性相（非极性）非极性相。这种活跃的IN相边界是不同的各向同性和极性团簇状态之间的边界先前报道的二维模拟研究，不像后者，是不敏感的系统大小。因此，我们确定了一个通用的功能，在三维各向异性的活性粒子。
2018-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective behavior of penetrable self-propelled rods in two dimensions
自推进粒子的集体行为在运动性测定中在微尺度上观察到游泳者如精子和细菌以及蛋白质细丝。这类系统的性质既取决于它们的维数，也取决于它们粒子之间的相互作用。我们引入了一个二维自推进杆模型，该模型通过分离位移的伦纳德-琼斯势相互作用。由于有限的势垒，棒能够交叉。这个模型使我们能够有效地模拟系统的自推进杆，有效地在二维移动，但偶尔可以逃脱到第三维，以通过对方。我们的准二维自推进粒子描述了一类活跃的系统，其中包括microswimmer靠近墙壁和细丝推进基板上。利用蒙特卡罗模拟，我们首先确定了被动棒的各向同性相变。使用布朗动力学模拟，我们的特点团簇形成的自推进棒作为一个功能的推进强度，噪音，和能量障碍。与具有无限势垒的棒相反，推进强度的增加不仅有利于对准，而且有效地降低了阻止棒交叉的势垒。因此，我们找到了一个集群窗口，在中等推进强度的最大集群大小。
2014-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Comparison between Smoluchowski and Boltzmann approaches for self-propelled rods
考虑系统的自推进的极性粒子的相互作用（“棒”），我们比较连续方程描述的极性和顺序序参量，来自Smoluchowski或玻尔兹曼方程的演变。我们的主要目标是了解到目前为止，在这两个框架中获得的连续方程之间的差异。我们首先表明，在简单的情况下，点状粒子只有排列相互作用，得到的连续方程在两种情况下具有相同的结构。我们进一步研究，在Smoluchowski框架中，相互作用力被添加在对准扭矩之上的情况。这澄清了在以前的作品中获得的附加条款的起源。我们的观察使我们强调需要一个更复杂的封闭计划比标准的正常形式的分布时，处理积极的系统。
2015-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mesoscale pattern formation of self-propelled rods with velocity reversal
我们研究了自推进粒子与速度反转相互作用的单轴（单轴）排列内的粗粒度流体动力学理论。结合分析和数值延拓技术，我们表明，这个活跃的系统的物理本质上是由反转频率控制。特别是，我们发现，细长的，高密度的，有序的模式，所谓的带，出现通过亚临界分叉从空间均匀的状态。我们的分析进一步揭示了带的相互作用是弱吸引力的，因此，带融合碰撞在类比非平衡成核过程。此外，我们证明了一个重整化的积极的线张力可以分配给稳定的带低于临界反转率，超过这个临界反转率，他们是横向不稳定的。此外，我们还讨论了带的动力学粗化以及在横向不稳定性阈值附近的非线性动力学。总之，减少多粒子系统的动态带提供了一个框架，以了解的影响，出现在自推进粒子系统的非平衡模式的反转频率。在这方面，我们的研究结果构成了有利于微生物学假设的原理证明，即滑杆形细菌的逆转调节在生命周期阶段观察到的各种自组织模式的发生。
2016-09-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-propelled rods exhibit a novel phase-separated state characterized by the presence of active stresses and the ejection of polar clusters
我们研究收集的自推进杆（SPR）在两个维度上移动的包装分数小于或等于0.3。我们发现，在临界温度下，SPR发生了从无序气体到新的相分离系统态的相变。有趣的是，（全球）取向秩序模式-相反，已经建议-消失在这个限制。在发现的新状态下，SPR自组织成一个高度动态的，高密度的，紧凑的区域-我们称之为聚集体-它被无序气体包围。聚集体内部的主动应力是局部取向有序和主动力共同作用的结果。这导致了这些聚合物最显著的特征：SPR极性簇的不断喷射。这种新的相分离状态代表了一种新的物质状态，其特征在于体积和形状的大波动，与质量喷射有关，并表现出位置和取向的局部秩序。由于密度、活性应力和取向顺序之间的耦合（这种耦合不能简单地简化为速度和密度之间的耦合），SPR系统显示出在其他活性物质系统中看不到的新物理。
2015-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Glassy dynamics of athermal self-propelled particles: Computer simulations and a nonequilibrium microscopic theory
我们结合计算机模拟和分析理论来研究在自推进的唯一影响下演化的无热粒子的致密组装体中的玻璃态动力学。模拟结果表明，当自推进粒子的持续时间增加时，局部结构变得更加明显，而长时间动力学首先加速，然后减慢。这些看似矛盾的演变解释通过构建一个非平衡模式耦合的相互作用自推进粒子的理论。为了预测集体动力学，理论需要定态结构因子和定态局部速度相关。它产生非平凡的预测与模拟定性一致的自推进粒子的玻璃动力学。
2015-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium glassy dynamics of self-propelled hard disks
我们分析了集体动力学的自推进粒子在大密度制度被动粒子进行动力逮捕到一个无定形的玻璃态。我们捕获的竞争之间的自推进和拥挤的影响，使用一个二维模型的自推进硬盘，我们研究使用蒙特卡罗模拟。虽然活动驱动系统远离平衡，自推进粒子进行动力学逮捕，我们详细描述和比较其平衡对应。特别是，动态逮捕的临界密度不断转移到更大的密度，随着活动的增加，和松弛时间是令人惊讶的，以及描述的代数发散产生的高度集体动力学的出现。这些结果表明，活性粒子的致密组件进行非平衡玻璃化转变，这是深刻的影响，自推进机制。
2014-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A particle-field representation unifies paradigms in active matter
活性物质的研究重点是相互作用的自推进粒子之间的涌现行为。看似脱节的范式的统一--排斥盘的主动相分离和自推进棒的集体运动--是当代活性物质的一个重大挑战。受量子-机械波-粒子二象性的启发，我们发展了一种基于光滑连续场表示活动粒子的方法。碰撞动力学的基础上，我们演示了如何分析和数值的非平衡应力之间的自驱动，各向异性的对象，阻碍了观察到的自推进光盘相分离的状态的形成，并促进了取向秩序的出现。除了粒子形状，控制紧急有序状态的对称性的自推进物体的刚性是一个关键参数：不可穿透的，各向异性的棒被发现形成极性，移动集群，而大规模的结构出现软棒，特别是分离的双共存制度。这些结果表明，有序态的对称性不是由相互作用势的对称性决定的，而是活性系统的动力学突现性质。这个统一的理论框架可以代表各种活性系统：活细胞组织，细菌菌落，细胞骨架提取物以及摇动的颗粒介质。
2019-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanism of the Nonequilibrium Phase Transition in Self-Propelled Particles with Alignment
本研究利用景观-通量方法与粗粒化映射，揭示了Vicsek模型中非平衡相变的机制，发现非平衡通量逆时针旋转并驱动有序-无序转变，为理解复杂系统集体运动提供了新视角。
2024-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The nonequilibrium glassy dynamics of self-propelled particles
我们研究玻璃态动力学发生在致密的组件的非热活性粒子，仅由非平衡自推进机制驱动。主动力被建模为一个Ornstein-Uhlenbeck随机过程，其特征在于持续时间和有效温度，和粒子通过一个Lennard-Jones潜在的，产生良好的研究在布朗极限的玻璃态行为的相互作用，获得的持续时间消失。通过增加的持续时间，系统更强烈地偏离热平衡，我们提供了一个全面的数值分析所产生的活性流体的结构和动力学。有限的持续时间深刻地影响流体的静态结构，并引起非平衡的速度相关性，在热系统中是不存在的。尽管这些非平衡功能，对于任何值的持续时间，我们观察到的非平衡玻璃化转变的有效温度降低。令人惊讶的是，增加偏离热平衡被发现促进（而不是抑制）的玻璃态动力学。总的来说，我们的研究结果表明，随着持续时间的增加，微观性质的活性流体的变化定量，但广泛的功能的非平衡态玻璃动力学观察到的有效温度降低定性相似的热玻璃形成。
2016-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mode Coupling Theory for Nonequilibrium Glassy Dynamics of Thermal Self-Propelled Particles
We present a promising mode coupling theory study for the relaxation and glassy dynamics of a system of strongly interacting self-propelled particles, wherein the self-propulsion force is described by Ornstein-Uhlenbeck colored noise and thermal noises are included. Our starting point is an effective Smoluchowski equation governing the distribution function of particle's positions, from which we derive a memory function equation for the time dependence of density fluctuations in nonequilibrium steady states . With the basic assumption of absence of macroscopic currents and standard mode coupli…
2017-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How active forces influence nonequilibrium glass transitions
自推进粒子的致密集合体经历非平衡态的玻璃态动力学。物理学的直觉告诉我们，由于作用力的作用，偏离平衡的程度越大，玻璃态系统就越流体化。我们通过设计一个自推进粒子的模型来证明这一点，在这个模型中，偏离平衡的增加可以增强或抑制玻璃态动力学，这取决于所选择的状态点。我们分析了一些静态和动态的可观的，并建议的非平衡玻璃化转变的位置主要是由两点静态密度相关性由于主动力的演变控制。密度相关性对作用力的依赖性随系统的细节而变化，并且很难从理论上预测。我们的研究结果强调，需要发展一个准确的非平衡系统的液态理论。
2017-08-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mobility Anisotropy Reshapes Self-Propelled Motion
University of Vermont（佛蒙特大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
该研究针对二维受简谐势阱约束的各向异性迁移自驱动粒子，推导精确闭式矩，发现高持续性下MSD的两步弛豫行为及非单调负超额峰度，明确其与迁移各向异性的关联。
2026-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Clustering and heterogeneous dynamics in a kinetic Monte-Carlo model of self-propelled hard disks
我们引入一个动力学蒙特卡罗模型的自推进硬盘捕获与最小的成分之间的相互作用的热波动，排除体积和自推进的大组件的活性粒子。我们详细分析了所产生的（密度，自推进）在很宽的参数范围内的非平衡相图。我们发现，纯排斥硬盘自发聚集成分形集群的自推进增加，合理化的平均集群大小的演变，通过发展一个动力学模型的可逆聚集。随着密度的增加，非平衡团簇渗透形成一个分支结构，让人想起一个物理凝胶。我们发现，除了有限数量的噪声是需要触发非平衡相分离，表明在活性布朗粒子的分层结果从噪声，粒子间相互作用和自推进之间的微妙平衡。我们表明，自推进有着深远的影响的动态的主动流体。我们发现，随着自推进在有限密度下增加，扩散常数具有非单调行为，并且活动会产生与菲克扩散的强烈偏离，这种偏离在大的时间尺度和长度尺度上持续存在，这表明活性粒子系统通常表现为动态非均匀系统。
2014-03-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Additivity, density fluctuations, and nonequilibrium thermodynamics for active Brownian particles
利用可加性性质，我们研究了相互作用的自推进粒子系统中的粒子数波动，称为主动布朗粒子（ABP），它由具有随机自推进速度的排斥盘组成。从一个波动响应关系-一个直接的后果的加性，我们制定了一个热力学理论，捕捉到以前观察到的特征的非平衡相变在ABPs从一个均匀的流体相共存的气体和液体的非均匀相。我们证实了预测的可加性分析计算的子系统粒子数分布在均匀的流体相远离临界分析得到的分布是兼容的模拟在ABP。
2016-05-03 cond-mat.stat-mech
Data-driven criterion for the solid-liquid transition of two-dimensional self-propelled colloidal particles far from equilibrium
我们建立了一个明确的数据驱动的标准，用于识别二维自推进胶体颗粒在远离平衡参数制度的固-液转变，其中由不同的传统经验标准预测的熔化和冻结发散的转变点。这是通过应用混合机器学习方法来实现的，该方法将无监督学习与监督学习相结合，以分析非平衡参数制度中超过一百万个系统的配置。此外，我们建立了一个通用的数据驱动的评估功能，根据不同的经验标准的性能可以系统地评估和改进。特别是，通过应用此评价函数，我们确定了一个新的非平衡阈值的长时间扩散系数，基于此相应的经验标准的预测大大提高了远离平衡参数制度。这些数据驱动的方法提供了一个通用的工具，研究复杂系统中的相变，传统的经验面临的困难。
2021-10-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Noncentral forces mediated between inclusions in a bath of active Brownian rods
使用布朗动力学模拟，我们研究了有效的相互作用之间的两个相同的和不可渗透的磁盘（夹杂物）浸泡在浴缸中的相同的，积极的（自推进），布朗杆在两个空间维度，假设自推进轴的杆通常可能会偏离他们的纵轴。当自推进是横向的（垂直于棒轴），聚集的活性棒周围的夹杂物显着增强，导致更膨胀的空间分层（环的形成）的棒周围的夹杂物，与纵向自推进棒的参考情况相比。因此，横向自推进杆还介导了夹杂物之间的显著更长范围的有效相互作用。浴介导的相互作用的出现是由于围绕夹杂物形成的活性棒环之间的重叠，因为它们被带入小的分离。当自推进轴相对于棒轴倾斜时，我们发现围绕内含物二聚体的活性棒积累的不对称不平衡。这导致了一个非中心的相互作用，具有反平行对横向力分量，因此，浴介导的扭矩的二聚体。
2021-07-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-Propelled Collective Motion with Multiplicative Scalar Noise
本文提出一种乘性标量噪声的集体运动模型，通过修改原始 Vicsek 模型以允许稀疏邻域中的个体运动，消除了原模型在低速低密度区预测连续相变的缺陷，数值研究表明该模型在高低速/密度区均呈现一级相变。
2024-04-29 cond-mat.stat-mech
Reveal flocking phase transition of self-propelled active particles by machine learning regression uncertainty
本研究提出基于神经网络的“回归不确定性学习”方法，以Vicsek模型的自驱动活性粒子聚集相变为对象，利用回归不确定性的M形曲线谷值定位相变临界点，该方法相比传统分类学习方法更具通用性与物理解释潜力。
2023-11-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Scaling behavior of transient dynamics of vortex-like states in self-propelled particles
本研究揭示自推进粒子系统中涡旋态平均寿命随粒子速度呈普适幂律标度，该标度对噪声具有强鲁棒性，为活性物质瞬态动力学提供了普适规律。
2023-05-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Exact solution of a Brownian inchworm model for self-propulsion
本文给出了最近在[K。V.Kumar \textit{et al}，Phys.Rev.E \textbf{77}，020102（R）（2008）]作为DNA解旋酶、振动表面上的极杆、爬行角膜细胞和肌球蛋白VI的推进机制的统一模型。
2009-03-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergence of oscillatory states of self-propelled colloids under optical confinement
Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）
研究光束作用下自驱动胶体的单粒子运动，发现其在接近固体表面时表现出准二维活性运动，并通过旋转反转形成稳定振荡态，提出包含非线性扭矩效应的最小现象模型解释其定向变化。
2025-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Depinning transition of self-propelled particles
本研究探究自驱动粒子的脱钉转变，揭示活性噪声对转变性质的影响与粒子重定向速率、旋转布朗运动维度的关系，发现不同区域的临界指数与巨扩散现象，成果可推广至相关分岔系统并为活性物质非平衡行为探测提供新思路。
2024-04-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Aging and rejuvenation of active matter under topological constraints
主动的、自运动的粒子与拓扑约束的耦合可以产生新的非平衡动力学模式，这种模式缺乏任何被动的对应物。在这里，我们研究的行为自推进杆局限于一个紧凑的球形流形的布朗动力学模拟。我们建立的状态图，并发现，在足够高的密度短的活性棒表现出玻璃化转变的无序状态，其特征在于持续的自旋转运动。通过周期性地熔化和再生球形旋转玻璃，我们观察到了时间依赖性老化和再生物理学的清晰特征。我们量化的关键作用，在这些非平衡过程中的活动，并合理化的老化动力学方面的吸收状态过渡到一个更稳定的活性玻璃态。我们的研究结果表明，被动玻璃现象学的概念如何可以结转到领域的活性物质，以及如何拓扑结构可以丰富集体时空动态固有的非平衡系统。
2018-08-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Defect-Mediated Aggregation and Motility-Induced Phase Separation in Self-Propelled Lattice-Gas Active XY Model
The University of Osaka（大阪大学）
本文提出一种活性XY模型，研究拓扑缺陷在活性物质系统中的作用，通过自推进参数控制粒子运动方向偏置，发现自推进诱导运动诱导相分离，粒子在正涡旋电荷缺陷周围聚集，负电荷缺陷则趋于耗散。
2026-04-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics and statistical mechanics of chemically-powered synthetic nanomotors
没有运动部件的胶体马达可以通过自扩散电泳来推进，将表面化学反应产生的分子浓度梯度耦合到固体Janus颗粒和周围流体溶液之间的速度滑移。该推进机制涉及的界面性质可以用非平衡态热力学和统计力学描述，揭示了微观可逆性在运动与反应耦合中的基础作用。除其他现象外，该方法预测，推进燃料消耗具有燃料合成的机械作用的相互影响。
2018-10-10 cond-mat.stat-mech
Universal properties of repulsive self-propelled particles and attractive driven particles
本文模拟二维单轴各向异性主动布朗粒子，发现其 MIPS 具有长程关联、各向异性构型和特定临界普适类，并与吸引驱动 RDLG 共享这些宏观性质。
2023-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium statistical mechanics of swarms of driven particles
作为细胞和有机体集体运动的一个粗略模型，我们在这里发展了自推进粒子群的统计力学。我们的方法与最近发展的主动布朗运动理论和正则耗散系统理论密切相关。研究了群体在外场中的自由运动和运动。简要地情况下的粒子被限制在一个环和相互作用的排斥力进行了研究。在更详细的研究中，我们调查的Morse型吸引力的自约束。我们从N = 2开始，讨论吸引子和分布函数，然后讨论N > 2的情况。对主动布朗粒子群与Morse力相互作用的几种动力学模式进行了模拟。特别是我们研究的旋转，漂移，波动的形状和团簇形成。
2003-07-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Number fluctuations distinguish different self-propelling dynamics
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS, FAST（法国国家科学研究中心，FAST）；CNRS, Sorbonne Université, Physicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes Interfaciaux（法国国家科学研究中心，索邦大学，界面电解质与纳米系统物理化学）
通过分析数波动N(t)统计，发展出从自推进粒子模型中学习动态参数的理论，区分不同模型的动力学特性。
2026-04-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Viscosity and effective temperature of an active dense system of self-propelled particles
我们得到一个非平衡理论的一个简单的模型的一般类的活跃的致密系统组成的自推进粒子的自推进力，$f_0$，和持久时间，$τ_p$，他们的运动。我们考虑两种模型的活动，并发现系统的特点是不断变化的有效温度$T_{eff}(τ)$，通过广义波动耗散定理定义。$T_{eff}(τ)$在很短时间内等于平衡温度$τ$，在很长时间内饱和到$T_{eff}=T_{eff}(τ\to\infty)$; $T_{eff}(τ)$达到长时间极限时的过渡时间$t_{trans}$取决于$τ_p$单独和两种模型的$t_{trans}\sim τ_p^{0.85}$。$f_0$随着活性的增加而降低粘度，另一方面，$τ_p$可以根据如何包括活性的细节来增加或降低粘度。然而，作为$T_{eff}$的函数，对于不同的活性模型和$η\sim (T_{eff}-T)^{-γ}$与$γ=1.74$，粘度显示出相同的行为。我们的理论与实验数据相比，给出了合理的协议，并与不同系统的几个实验是一致的。
2018-03-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active elastic dimers: self-propulsion and current reversal on a featureless track
我们提出了一个布朗尺蠖模型的自我推进的弹性二聚体在没有外部潜力。非平衡噪声与拉伸相关阻尼一起形成推进机制。我们的模型连接了三个关键的非平衡特征--位置-速度相关性、非零平均内力和漂移速度。我们的分析结果，包括惊人的电流反转，比较非常好的数值模拟。该模型结合了DNA解旋酶、振动表面上的极杆、爬行角膜细胞和肌球蛋白VI的推进机制。我们建议实验实现和测试的模型。
2007-08-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Molecular theory of Langevin dynamics for active self-diffusiophoretic colloids
由自扩散电泳机制推动的活性胶体颗粒通常由朗之万方程描述，该方程要么是基于物理基础假设的，要么是使用波动流体力学的方法导出的。虽然这些描述适用于微米和更大尺寸的胶体，但它们将分解为非常小的活性颗粒。本文给出了胶体非对称催化化学反应驱动的自扩散电泳粒子的朗之万方程的全微观推导。推导提供了平移和旋转摩擦张量的微观表达式，以及反应速率系数中出现的Langevin方程。扩散泳力和扭矩表示在满足广义传输方程的流体场的非平衡平均。结果提供了一个小尺度上的主动运动的描述，在粗粒度的连续流体方程结合边界条件，占胶体的存在下的描述可能是不合适的。
2020-07-02 cond-mat.stat-mech
Viscoelastic active diffusion governed by nonequilibrium fractional Langevin equations: underdamped dynamics and ergodicity breaking
研究非平衡分数阶朗之万方程的主动动力学与遍历性破缺，发现主动噪声与长时黏弹性记忆效应的相互作用导致复杂非平衡动力学，系统在恢复遍历性前存在长期破缺状态。
2023-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active matter in infinite dimensions: Fokker-Planck equation and dynamical mean-field theory at low density
我们通过比较多体动力学中两种强有力的方法：Fokker-Planck方程和动力学平均场论，研究了自推进粒子在无限维空间中的行为。在低密度和无限的持续时间的粒子的动力学是解决在稳态与这两种方法，从而证明了这两种方法的一致性，在一个范例的平衡系统。我们得到的对分布函数和有效的自推进到一阶密度的解析表达式，证实了在以前的文件中得到的结果，并将它们扩展到非单调的相互作用势的情况下。此外，我们还得到了活性硬球从平衡态弛豫到非平衡稳态的瞬态行为。我们的研究结果显示了如何集体动力学的影响相互作用的第一顺序的密度，并指出未来的方向进一步分析和数值解决这个问题。
2021-11-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
