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
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
Critical Casimir interaction of ellipsoidal colloids with a planar wall
基于重整化群的概念和显式平均场计算，研究了作用于溶解在临界流体中的椭球胶体粒子的有效力和有力矩的普适贡献。在基板和颗粒表面之间的相同最近距离处，椭圆形颗粒优选平行于基板的取向，并且波动诱导力的大小大于颗粒的取向垂直于基板的情况。作用于椭球粒子的临界转矩的符号取决于粒子和衬底表面处的序参量的边界条件的类型，以及粒子相对于其旋转的枢轴。
2009-07-09 cond-mat.soft
Domain and Stripe Formation Between Hexagonal and Square Ordered Fillings of Colloidal Particles on Periodic Pinning Substrates
利用大规模的数值模拟，我们研究了有序的胶体颗粒的方形周期性的二维松饼锡基板组成的平面与本地化的钉扎网站。我们发现，当有四个粒子每个钉扎网站，粒子采用六角排序，而五个粒子每个钉扎网站，出现一个正方形的顺序。对于每个钉扎位点的四个和五个粒子之间的填充物，我们确定了丰富多样的不同的有序制度，包括无序的晶界，晶体条纹结构，超晶格有序，无序的补丁安排。我们使用Voronoi分析，能量色散和有序的域的不同制度的特点。我们发现，我们观察到的许多边界形成功能发生在广泛的其他填料。我们的研究结果表明，可以实现与松饼锡周期性钉扎基板的晶界剪裁。
2012-11-16 cond-mat.soft
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
Tuning the order of colloidal monolayers: assembly of heterogeneously charged colloids close to a patterned substrate
我们研究了带两个正电荷的极性帽的带负电荷的胶体靠近平面图案化表面的行为。粒子-粒子相互作用图案的不同各向异性组分之间的竞争本身就能够产生丰富的组装场景：具有带电表面图案的胶体在吸附到均匀带电的衬底时形成不同的晶域。在这里，我们认为基板组成的交替（负/中性，正/中性和正/负）的平行条纹，并通过蒙特卡罗模拟，我们调查的顺序的胶体上改变条纹的数量。我们表明，两个不同的长度尺度表征系统（$i.e.,$粒子相互作用范围和条纹的大小）之间的额外竞争引起了过多的不同的粒子排列，可以观察到一些明确的趋势。通过精确地调节底物带电基序，可以使$e. g.,$促进特定的颗粒排列，不利于结晶域或诱导形成扩展的疏散星团。
2018-09-24 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
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
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
Critical Casimir forces between homogeneous and chemically striped surfaces
最近的实验测量了临界Casimir力作用于胶体浸入在一个二元液体混合物附近的连续分层相变，并暴露于一个化学结构的基板。受这些实验的启发，我们研究了一个系统的临界行为，它属于伊辛普适性类，为膜的几何形状与一个平面壁化学条纹，这样就有一个横向交替吸附偏好的两个物种的二元液体混合物，这是由表面场实现。对于相对的壁，我们采用交替均匀的吸附偏好或均匀的Dirichlet边界条件，其中在晶格模型内是通过开边界条件实现的。通过平均场论、蒙特卡罗模拟和有限尺寸标度分析，确定了作用在两平行壁上的临界Casimir力及其相应的普适标度函数。我们表明，在限制的条纹宽度小的膜厚度相比，条纹表面上的系统有效地实现狄利克雷边界条件，一般不适用于实际流体。此外，临界Casimir力被发现是吸引力或排斥力，这取决于化学图案化表面的条纹的宽度和施加到相对表面的边界条件。
2013-11-26 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
Dynamic Regimes for Driven Colloidal Particles on a Periodic Substrate at Commensurate and Incommensurate Fillings
我们研究胶体颗粒驱动周期性松饼锡基板使用数值模拟。在没有驱动力的情况下，该系统表现出丰富多样的相称和不相称的静态相，其中拓扑缺陷可以形成畴壁，有序条纹，超晶格和无序补丁制度作为填充分数的函数。当施加外部驱动时，这些不同的静态相位产生不同的动态响应。在无公度填充物处，流动通常以与拓扑缺陷结构的运动相关的局部脉冲或孤子的形式发生。我们还发现与速度力曲线的变化，拓扑缺陷安排的结构转变，以及速度分布和粒子轨迹的修改相关联的不同类型的移动状态之间的动态过渡。我们发现，有序和无序流动之间的动态转换表现出滞后，而在强无序制度没有滞后和速度力曲线是光滑的。当存在条纹图案时，可以沿着条纹方向而不是沿着驱动方向发生传输。结构动态转变也可以发生在钉扎制度时，所施加的驱动器导致扭曲的纵向钉扎的粒子，而钉扎网站捕获的粒子保持不动。
2013-06-07 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
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
Line contribution to the critical Casimir force between a homogeneous and a chemically stepped surface
最近的实验实现的临界Casimir效应已实施通过监测胶体颗粒浸入在一个二元液体混合物附近分层和暴露于一个化学结构的基板。特别是，临界卡西米尔力已被测量的表面组成的条纹周期性交替吸附的偏好，形成它们之间的化学步骤。出于这些实验，我们分析了这些化学步骤的贡献的临界卡西米尔力的膜几何形状和伊辛普适类。通过蒙特卡罗模拟、平均场论和有限尺寸标度分析，我们确定了面对均匀吸附优先或Dirichlet边界条件的表面的单个孤立化学步骤对临界Casimir力贡献的普适标度函数。在与以前的研究结果，这些结果允许一个计算临界卡西米尔力的膜的几何形状，并在任意形状的存在下，但宽的条纹。在后一种极限中，力分解为由于表面的两个均匀部分和由于条纹之间的化学步骤而产生的贡献的总和。我们评估这种分解，通过比较所得的总和与实际的模拟数据的临界卡西米尔力在化学条纹基板的存在下。
2016-05-29 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
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
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
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
Liquid-crystalline Casimir effect in the presence of a patterned substrate
我们考虑一个双折射液晶由两个平行的平面界面，一个是横向均匀的，另一个由基板赋予周期性的化学条纹图案。基于连续介质理论，我们分析了横向图案对液晶Casimir力的影响，Casimir力作用在距离d处的液晶盒界面上，由于液晶盒指向矢的热涨落。对于比图案周期性大得多的d，图案化衬底的影响可以通过均匀的有效锚定能量来描述。通过调整这个参数，我们恢复以前的结果为液晶卡西米尔力。对于一般情况，即，更小的分离，我们提出了新的数值结果。
2004-05-28 cond-mat.soft
Ground states of colloidal molecular crystals on periodic substrates
球形胶体在周期性外场作用下的二维悬浮液表现出丰富的分子晶相。我们研究在模拟的基态配置的二聚体和三聚体系统，实现正方形和三角形晶格，当两个或三个宏离子被困在每个外部潜在的最小值。的棋盘格或条纹类型的二分订单报告一起更复杂的四分订单，设想聚集在一个单一的潜在的最低限度作为一个复合刚性物体的胶体的缺点进行了讨论。这项工作也揭示了简化假设的基础上以前的理论治疗，使可能的自旋模型的映射。
2008-02-01 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
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
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
Topographical pathways guide chemical microswimmers
实现对活性胶体的方向性的控制对于它们在实际应用中的使用是至关重要的，例如微流体装置中的货物载体。到目前为止，球形Janus胶体的制导主要是利用特殊设计的磁性多层涂层结合外部磁场来实现的。在这里，我们证明了台阶状的亚微米形貌特征可以用作化学活性球形Janus胶体的可靠对接和引导装置。对于各种地形特征（条纹、正方形或圆形柱），胶体在特征边缘处的对接是稳健且可靠的。此外，胶体沿着边缘移动了相当长的时间，其随着燃料浓度系统地增加。所观察到的现象定性捕获的一个简单的连续模型的自扩散电泳附近的限制边界，表明化学活性和相关的流体动力学与附近的地形相互作用的主要物理成分背后所观察到的行为。
2016-02-12 cond-mat.soft
Criticality and phase separation in a two-dimensional binary colloidal fluid induced by the solvent critical behavior
我们提出了一个实验和理论研究的相行为的二元混合胶体相反的吸附偏好在临界溶剂。作为吸引和排斥临界Casimir力的结果，溶剂的临界波动导致胶体体系中的另一个临界点，即，导致由溶剂温度控制的临界胶体-液体-胶体-液体分层相变。我们的实验结果是在一个简单的近似系统的自由能的基础上的计算吻合得很好。
2011-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Observation of condensed phases of quasi-planar core-softened colloids
我们实验研究了两维排斥核软化球的凝聚相。超顺磁性微球在横向磁场作用下产生偶极对排斥，通过适当调节微球的厚度可以使其变软。我们扫描一个广泛的密度范围，我们实现了大部分的理论预测相的核心软化颗粒，包括膨胀和密集的六边形，正方形，链状，条纹/蜂窝状，和蜂窝状相系统。通过蒙特卡罗模拟进一步了解它们的结构。
2007-07-25 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
Micrometric particles twodimensional self-assembly during drying of liquid film
我们计算的自组织过程的单分散收集的球形微米颗粒被困在一个二维（2D）的薄液膜等温干燥的化学惰性基板上。基底是平坦的或锯齿状的，以在其表面上产生线性条纹。数值计算的结果进行了说明和讨论的光从干燥的金刚石颗粒水基悬浮液（$d_{50} = 10 μm$）在玻璃基板上获得的实验。悬浮液在平坦基底上的干燥导致形成线性图案和分布在基底整个表面上的微米颗粒的小簇，而悬浮液在锯齿状基底上的干燥导致颗粒沿着条纹的一侧聚集，该条纹的一侧具有比条纹的另一侧更高的粗糙度。这是一个简单的实验方法来获得胶体自组织模式。
2006-09-11 cond-mat.soft
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
Critical Casimir effect in classical binary liquid mixtures
如果波动介质受到限制，其波动谱的随之而来的扰动会产生作用在其限制表面上的类卡西米尔有效力。在这种介质的连续相变附近，相应的序参量波动出现在所有长度尺度上，因此在临界点附近，这种效应具有普遍的特征，即，在很大程度上，它与实际系统的微观细节无关。因此，可以通过研究合适的代表性模型系统从理论上计算。我们报告的直接测量临界Casimir力的全内反射显微镜（TIRM），与飞秒牛顿分辨率。相应的电位被确定为在溶剂介质中的临界热噪声的作用下，由水和2，6-二甲基吡啶的二元液体混合物附近的较低的会溶点的作用下，浮在基板上的单个胶体颗粒。根据胶体和基底表面相对于二元液体混合物的两种组分的相对吸附偏好，我们观察到，在接近溶剂的临界点时，基于对作用在伊辛普适类内的薄膜几何中的临界Casimir力的认识，在边界相等或相反的情况下，条件下，我们提供了相应的理论预测的球平面壁的几何形状的实验。有效势的实验数据可以解释一致的这些预测和观察到一个显着的定量协议。
2009-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech quant-ph
Forces between chemically structured substrates mediated by critical fluids
我们认为二元液体混合物接近他们的临界点限制两个平行的，几何平面，但化学结构，基板。通用序参量配置文件内计算平均场论的周期性图案的条纹交替偏好的两个物种的混合物和不同的相对位置的两个基板。由序参量分布导出了两板间的有效力。讨论了Casimir振幅的调谐。
2005-12-20 cond-mat.soft
Quantum and Critical Casimir Effects: Bridging Fluctuation Physics and Nanotechnology
本综述系统梳理量子与临界卡西米尔效应的理论及实验研究，对比二者异同，分析材料、几何、温度等的影响及相关前沿方向，阐明其底层物理，助力纳米力学、光力学与量子技术应用发展。
2025-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Tunable Nanoparticle Stripe Patterns at Inclined Surfaces
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本研究通过控制倾斜基底和纳米粒子浓度，实现了在倾斜表面形成可调周期性纳米粒子条纹图案，揭示了重力与界面力的相互作用对纳米结构组装的影响。
2026-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
