Structure and diffusion of active-passive binary mixtures in a single-file
我们数值研究的结构和动力学的单个文件组成的活性粒子，以及，主动-被动的二元混合物。模拟结果表明，当自推进粒子的持续长度远大于粒子间的平均间距，自推进速度大于热速度时，粒子以不同大小的团簇形式存在于粒子堆中.平均集群的大小和结构的文件是非常敏感的自推进性能，热波动和混合物的组成。除了文件组成的变化，我们的研究考虑了两种混合配置。一个对应于在单个文件中的整个混合物中主动被动的均匀分布。在另一种配置中，活动粒子位于文件的一侧。对于这两种配置，即使是一小部分的活性粒子也会对文件的结构和动力学产生很大的影响。
2023-03-14 cond-mat.soft
Dynamics and interactions of active rotors
我们考虑一个简单的模型，内部驱动的自旋转的对象，转子，被限制在两个维度的低雷诺数流体的薄膜。我们进行了详细的研究，一对转子之间的流体动力学相互作用，并发现它们对所产生的动力学的影响是一个快速和缓慢的运动相结合。我们分析了缓慢的动态使用的平均程序，以考虑到快速的自由度。分析结果与数值模拟进行了比较。流体动力学相互作用意味着，虽然孤立的转子不平移，但将一对转子放在一起会导致它们的中心运动。在相同方向上旋转的两个转子以近似恒定的角速度围绕彼此旋转，而相反方向的两个转子都以相同的恒定速度平移，这取决于转子对的分离。因此，一对反向旋转的转子是一个有前途的模型控制的自我推进。
2010-12-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active Glassy Dynamics is Unaffected by the Microscopic Details of Self-Propulsion
近年来，人们对致密活性材料的兴趣迅速增加，这种材料在无序状态下与传统的被动玻璃形成物质有着惊人的相似之处。对于这样的被动玻璃状材料，已经很好地确定（至少在三维上）微观动力学的细节，例如，牛顿或布朗，不影响长时间的玻璃化行为。在这里，我们通过考虑两个简单而广泛使用的活性粒子模型来研究这在非平衡活性情况下是否仍然成立，即，活性Ornstein-Uhlenbeck粒子（AOUP）和活性布朗粒子（ABP）。特别是，我们寻求获得更多的洞察力的玻璃动力学的自推进机制的作用，通过推导热AOUP的模式耦合理论（MCT），这可以直接比较到最近开发的MCT的ABPs。这两种理论都明确地考虑了主动自由度。我们解决AOUP和ABP-MCT方程在两个维度，并证明这两个模型给出了几乎相同的结果，中间散射函数在各种各样的控制参数（包装分数，积极的速度，和持久性时间）。我们还证实了不同的自推进机制之间的理论等价性数值模拟的多分散混合物的活性准硬球，从而建立，至少对于这些模型系统，自推进的微观细节不改变活性玻璃态行为。
2022-12-10 cond-mat.soft
Dynamics of inert spheres in active suspensions of micro-rotors
悬浮在自推进粒子的活性流体中的惰性粒子通常表现出增强的扩散和新颖的相干结构。在这里，我们数值研究的动力学行为和自组织系统的被动和主动旋转球。粒子通过直接碰撞相互作用，并且当它们移动时产生流体流动。在没有被动粒子的情况下，取决于粒子分数，旋转球体的二元混合物中出现三种状态：转子混乱地移动的稀释气体状状态，类似转子在车道或漩涡中移动的相分离状态，以及晶体连续组装，熔化和移动的堵塞状态（K。Yeo，E. Lushi和P.M. Vlahovska，Phys. Rev. Lett. 114，188301（2015））。被动粒子添加到转子悬浮液修改系统动力学和斑图形成：虽然在纯主动悬浮液中识别的状态仍然出现，它们发生在不同的密度和混合比例。惰性粒子的动力学行为也与系统组成密切相关。
2016-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active glass: ergodicity breaking dramatically affects response to self-propulsion
我们实验研究了布朗粒子的致密沉积物的自推进的响应。我们观察到各态历经的过冷液体弛豫是单调增强的活动。相比之下，非遍历玻璃显示出一个数量级的放缓，在低活动相对于被动的情况下，其次是流化在较高的活动。我们的研究结果与理论预测的遍历方法总结到玻璃化转变的玻璃线的移位。我们认为非单调性是由于活动的竞争效应：（i）有助于打破笼子的额外能量（ii）阻碍笼子探索的方向性。我们称之为“主动方向性出现的僵局”（Dead）。这表明进一步的理论工作应该包括热运动。
2019-10-08 cond-mat.soft
Propulsion by passive filaments and active flagella near boundaries
限制和壁效应是影响游泳微生物的运动学和推进特性的已知因素。当固体以恒定速度被拖曳通过粘性流体时，壁的存在增加了流体阻力，因此保持速度所需的净力必须增加。相反，最近的光学捕获实验表明，人类精子产生的推进力会因边界的存在而降低。在这里，我们使用一系列简单的模型来解析阐明被动驱动的细丝和模型鞭毛的固体边界的推进效果。对于被动的柔性长丝定期致动在一端，壁的存在下示出的位移驱动的致动的情况下，增加由长丝产生的推进力，而它减少了力驱动的致动的情况下的力。在活性细丝作为真核生物鞭毛模型的情况下，我们证明了固体壁影响推进的方式不能先验地知道，而是鞭毛频率、波长、其材料特性、分子马达自组织产生振荡的方式的非平凡函数（规定的活动模型或自组织轴丝跳动模型），和边界条件实验应用于栓系鞭毛。特别是，我们表明，在某些情况下，由壁引起的流体摩擦力的增加可以导致鞭毛所表示的波形的变化，从而导致其推进力的减少。
2010-10-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Self-assembly of micro-machining systems powered by Janus micro-motors
本研究展示Janus胶体可在微转子周围自组装形成有序构型，最大化扭矩以实现自主旋转，从而构建无需外部动力的自驱动微加工系统。
2017-07-12 cond-mat.soft
Self-propulsion protocols for swift non-equilibrium state transitions and enhanced cooling in active systems
Heinrich-Heine University Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）
本文提出一种控制框架，通过自推进统计诱导受限主动物质的非平衡态转变，利用噪声幅度正性和位置推进相关性基本限制定义可控空间并限制非平衡态转变速度，非稳态初始态可进一步加速转变，实现优于被动冷却的主动冷却协议。
2026-10-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Breakdown of effective temperature, power law interactions and self-propulsion in a momentum conserving active fluid
最简单的扩展单粒子动力学在动量守恒的主动流体-的两个胶体粒子或一个单一的粒子的主动悬浮液限制在一个墙-表现出强烈的偏离玻尔兹曼行为，导致要么崩溃的有效温度描述或非零熵产生率的稳态。这是流体动力相互作用的结果，在粒子位置的随机描述中引入乘性噪声。这导致波动引起的相互作用，依赖于距离的幂律。我们发现，在被动流体中的激活胶体的动力学，与随机强迫本地化的颗粒，是不同的被动胶体在一个积极的波动流体。
2019-11-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Inertia-driven propulsion of asymmetric spinner-dimers at moderate Reynolds numbers
本文通过流体动力学模拟研究中等雷诺数下雪人状旋转体二聚体的惯性推进，揭示对称性破缺使纯转动产生净平动，并展示推进方向可调及货物输运能力。
2025-06-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Mode-Coupling Theory for Tagged-Particle Motion of Active Brownian Particles
我们推导出一个模式耦合理论（MCT）来描述在两个空间维度的活性布朗粒子（ABPs）的稠密系统中的示踪粒子的动力学。ABP经历平移和旋转布朗动力学，并配备有一个固定的自推进速度沿其取向矢量，描述了他们的主动运动。由此产生的运动方程的标记粒子密度关联函数描述的各种情况下的示踪剂动力学接近玻璃化转变：一个被动的胶体粒子在ABP的悬浮液中，一个单一的活性粒子在玻璃形成的被动主机悬浮液，和在一个浴的活性粒子的活性示踪剂。这些情况下，假设硬球粒子之间的相互作用的数值结果。对事件驱动的布朗动力学（ED-BD）模拟的主动和被动硬盘的理论的定性和定量的准确性进行了测试。模拟和理论被发现在定量协议，提供一个调整的整体密度（已知从玻璃态动力学的被动描述），并允许在主动主机系统的自推进速度的重新调整。这些调整解释了ABP-MCT通常高估动力学阻滞趋势的事实。我们还确认在模拟中的瞬态和稳态动力学密度关联函数的一个独特的功能，他们缺乏对称性下的时间反演，展示了系统的非平衡性质，以及它如何体现在理论。
2021-07-27 cond-mat.soft
Spontaneous Segregation of Self-Propelled Particles with Different Motilities
我们使用布朗动力学模拟在两个维度上研究了自推进和被动棒状粒子的混合物。模拟结果表明，这两个物种自发地分离产生一个丰富的阵列的动力域结构，其属性取决于推进速度，密度和组合物。除了提出相图作为系统参数的函数，我们调查的机制驱动隔离。我们发现，自推进和被动杆之间的碰撞频率的差异提供了一个驱动力的隔离，这是放大的自推进杆的倾向，群集或集群。最后，自推进和被动棒表现出巨大的数字波动足够的推进速度。
2011-10-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Clustering-induced velocity-reversals of active colloids mixed with passive particles
最近的实验表明，胶体悬浮液可以自发地自组装成各种内部结构，尺寸和动力学性质的致密集群时，掺杂活性Janus粒子。典型的是，这些星团在形成过程中以弹道方式移动，但动态地恢复它们的速度，并暂时与它们所包含的Janus粒子的自推进方向相反。在这里，我们探索了一个简单有效的模型，胶体混合物，它允许再现实验中看到的大多数方面，包括形态和速度反转的集群。我们将后者归因于被动颗粒对活性胶体帽的非互惠电泳吸引力，即使在紧密接触时也会发生，并将活性颗粒向后推。当电泳相互作用是排斥的，反过来，它们会导致动态聚集的被动胶体的化学密度最小值所产生的活性粒子，最近在实验中看到的;在其他参数制度，他们诱导旅行前的活性粒子所追求的被动共存的活性气体。
2019-09-20 cond-mat.soft
Self-propulsion against a moving membrane: enhanced accumulation and drag force
自推进（SP）是活性粒子（AP）的主要特征，如细菌或生物微马达，将它们与被动胶体区分开来。SP的一个著名的后果是在静态界面处积累，即使在没有流体动力学相互作用的情况下。在这里，我们解决的作用SP之间的相互作用AP和移动的半透膜。特别是，我们实现了一个模型的非相互作用的AP在一个通道中穿过的部分可穿透的墙壁，以恒定的速度$c$移动。关于具有$c>0$的被动胶体和具有$c=0$的AP的情况，具有有限$c$的AP显示出在障碍物前方的积聚的增强并且经历大大增加的拖曳力。这种效应是根据定位在颗粒和膜之间的界面处的有效电势来理解的，其高度与$cτ/ξ$成比例，其中$τ$是AP的重新取向时间，$ξ$是表征表面光滑度的宽度（$ξ\to 0$用于硬核障碍物）。一个近似的分析方案是能够重现所观察到的密度分布和测量的阻力，在非常好的协议与数值模拟。这里讨论的效果可以用于自动选择和过滤AP与所需的参数。
2017-09-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Magnetically Assisted Trapping of Passive Colloids by Active Dipolar Chains
Heinrich-Heine-Universität（海因里希·海涅大学）；University of Liège（列日大学）
本研究探究了活性偶极胶体混合物对被动布朗粒子的捕获机制，通过布朗动力学模拟分析了佩克莱数与偶极作用强度对捕获效率的影响，发现短暂外磁场可显著提升捕获率，为被动胶体自组织捕获策略设计提供了参考。
2025-09-17 cond-mat.soft
Generic Conditions for Hydrodynamic Synchronization
主动振荡的细胞器如纤毛和鞭毛的同步促进细胞的自推进和在低雷诺数环境中泵送流体。为了理解背后的关键机制引起的流体动力相互作用的同步，我们研究了一个模型的刚体转子的驱动力下，是任意函数的相位的任意形状的固定轨迹。对于广泛的一类几何形状，我们得到了一对转子同步的充分必要条件。我们还发现了一种新的同步模式与时间相关的相移。我们的研究结果揭示了流体动力学相互作用在生物系统中的作用，并有助于在微流体装置中开发有效的混合和传输策略。
2010-11-04 cond-mat.soft nlin.AO
Ratchet transport powered by chiral active particles
数值研究了主动和被动粒子混合物在横向非对称通道中的棘轮输运，一个大的被动粒子浸没在一个主动粒子的“海洋”中。由于活性粒子的手性，横向不对称性导致了纵向定向输运。对于活性粒子，手性完全决定了棘轮输运的方向，逆时针和顺时针方向的粒子向相反的方向运动，可以分离。而对于被动粒子，输运行为变得复杂，其输运方向取决于手性、自推进速度和填充率之间的竞争。有趣的是，在某些参数下，被动粒子向左移动，而主动粒子向右移动。此外，存在最佳的参数（手征性，势垒高度，自推进速度和填充率）时，整流效率取最大值。我们的研究结果可用于手性活性粒子驱动的棘轮输运的实验研究。
2016-12-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Translational and rotational dynamics of a self-propelled Janus probe in crowded environments
我们计算调查的动态自推进Janus探头在拥挤的环境中。拥挤是由粘弹性聚合物或非粘弹性断开单体的存在引起的。我们的模拟结果表明，平移，以及旋转均方位移，有一个独特的三步增长固定值的自推进力，并稳步增加与自推进，无论性质的拥挤。另一方面，在没有拥挤的情况下，Janus探测器的旋转动力学与自推进力无关。取代排斥聚合物与粘性的，平移和旋转均方位移的Janus探针显示急剧下降。由于Janus粒子的不同面与环境的相互作用不同，我们表明自推进的方向也会影响其动力学。固定的自推进的自推进探针的长时间平移和旋转扩散率的比率，当绘制对拥挤的面积分数，通过一个最小值，并在较高的面积分数合并到其值的情况下的拥挤。这指向在拥挤器的中间区域分数处的自推进探头的平移和旋转动力学的解耦。然而，这种旋转-旋转解耦对于无源探头是不存在的。
2020-08-05 cond-mat.soft
How Do Clusters in Phase-Separating Active Matter Systems Grow? A study for Vicsek activity in systems undergoing vapor-solid transition
通过分子动力学模拟，我们研究了汽-“固体”相变动力学的活性物质模型中，自推进通过著名的Vicsek规则。颗粒的总密度以这样的方式选择，即演变形态由被定义为高密度颗粒区域的不连续簇组成。我们的重点是了解上述自推进的结构和这些集群的增长的影响，通过比较的结果与被动限制的模型，也表现出蒸汽-“固体”过渡。虽然在被动情况下，由于标准扩散机制而发生生长，但Vicsek活性通过实际上等同于弹道聚集机制的过程导致非常快速的生长。在后一种情况下出现的增长规律已被准确地估计和解释调用的速度和结构方面的集群到一个相关的理论信息。其中一些结果也讨论了参考模型的活性布朗粒子。
2020-11-03 cond-mat.soft
Marangoni swimmer pushing particle raft under 1D confinement
本文通过环形通道实验研究Marangoni游动体与被动玻璃微球颗粒筏的相互作用，发现低填充率下单向稳态和高填充率下振荡状态，并用简化力平衡模型解释了游动体速度随填充率增加而降低的趋势。
2025-08-21 cond-mat.soft
Active Motion of Janus Particle by Self-thermophoresis in Defocused Laser Beam
研究了半金属包覆胶体粒子在激光辐照下的自推进。该运动是由自热泳引起的：即，在颗粒的金属涂覆侧处的激光吸收产生局部温度梯度，该局部温度梯度又通过热泳驱动颗粒。为了阐明其机理，首次测量了微尺度Janus粒子周围的温度分布和热滑移流场。通过测量粒子上的温度下降，自推进的速度与基于可访问参数的预测相吻合。作为驱动微型机械的一种应用，介绍了一种微型转子热机。
2010-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Segregation dynamics in active-passive mixtures of semiflexible filaments
Martin Fischer School of Physics, Brandeis University（布兰代斯大学马丁·菲舍尔物理学院）；Department of Physics, IISER Berhampur（巴鲁纳普印度科学教育研究所物理系）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
研究半刚性丝状物在主动-被动混合物中的分离动力学，揭示活动性对结构调控的作用及机制。
2025-12-19 cond-mat.soft
Active-Passive Brownian Particle in Two Dimensions
本文提出速度在0与s间按随机电报过程切换的二维主动-被动布朗粒子模型，推导位移矩和有效扩散系数，并将奔跑-翻滚粒子映射到该模型。
2025-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Activity Mediated Globule to Coil Transition of a Flexible Polymer in Poor Solvent
理解自推进对活性丝状物体的构象性质的作用在生物学中具有相关性。在这种情况下，我们考虑了一个灵活的珠弹簧模型聚合物，随着吸引力和排斥力的相互作用之间的非键合单体，每个珠的活动沿其内在的方向自推进。我们研究了它的动力学在过阻尼的限制，淬火后，从良好到不良的溶剂条件。我们观察到，与低活动，虽然动力学途径保持相似，球形成的弛豫时间的标度指数变得小于被动的情况下。有趣的是，对于更高的活动，当自推进占主导地位的相互作用能，聚合物变得更加延伸。在其稳定状态下，通过其回转半径测量的聚合物的空间延伸的变化，显示了两个完全不同的标度制度：相应的Flory指数从$1/3$到$3/5$的变化类似于聚合物从球状状态到自回避行走的转变。这可以通过系统中存在的三个能量尺度之间的相互作用来解释，即，弹道能、热能和相互作用能。
2022-02-18 cond-mat.soft
Light-switchable propulsion of active particles with reversible interactions
活跃的系统，如微生物和自推进粒子显示出大量的集体现象，包括群集，集群和相分离。对推进方向的控制和各个自推进单元之间相互作用的可切换性可能为从内部设计材料开辟新的途径。在这里，我们提出了一个自推进的颗粒系统，由半金涂层二氧化钛（$\mathrm{TiO}_2$）颗粒，在其中，我们可以快速和按需逆转推进方向，通过利用两侧不同的光催化活性。我们表明，在推进方向的逆转改变的性质的流体动力学相互作用从吸引到排斥，并可以驱动粒子组装进行融合和裂变过渡。此外，我们还表明这些活性胶体可以充当成核位点，并快速切换活性和被动粒子之间的相互作用，从而导致可重构的组装和拆卸。我们的实验定性描述的最小流体动力学模型。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Load response of shape-changing microswimmers scales with their energy efficiency
作用在微型游泳器上的外力可以反馈到其自推进机制上。我们讨论了这种负载响应的一个通用的microswimmer游泳周期形状的变化。我们表明，在循环频率的变化是成正比的莱特希尔效率的自推进。作为一个具体的例子，我们考虑纳贾尼特的三球游泳者。微型游泳者的力-速度关系意味着对主动和被动运动的形式叠加原理的修正。
2018-04-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Passive Janus Particles Are Self-propelled in Active Nematics
本研究提出将Janus锚定胶体悬浮于活性向列相实现被动颗粒自驱动，解析了其动力学与缺陷作用规律，为从活性环境提取功能功提供新路径。
2022-01-21 cond-mat.soft
Defect self-propulsion in active nematic films with spatially-varying activity
我们研究了具有空间变化活性的活性碳膜中拓扑缺陷的动力学，并考虑两种设置：i）恒定的活性梯度，和ii）活性的急剧跳跃。恒定梯度的伸展（收缩）活动赋予彗星状$+1/2$缺陷有限的涡度，驱动缺陷在降低（增加）梯度的方向上对齐其鼻。然而，恒定梯度不影响$+1/2$缺陷的已知自推进，并且对保持非运动颗粒的$-1/2$没有影响。活动的急剧跳跃就像一堵墙，捕获缺陷，影响两个电荷的平移和旋转运动。当$+1/2$缺陷接近界面时，其速度减慢，并且净涡度倾向于重新定向缺陷极化，使得其变得垂直于界面。$-1/2$缺损获得朝向活动界面的自推进，而涡流诱导的主动扭矩倾向于将缺损对准至优选取向。这种有效的吸引力的负缺陷的墙壁是一致的观察到的积累的负拓扑电荷在主动/被动界面和物理边界。
2022-09-01 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
Activity-controlled clogging and unclogging of micro-channels
我们提出了一种机制，以控制形成稳定的障碍物在二维微通道的可变截面利用独特的集群属性的活性系统。在由外部刺激激活的自推进下，系统根据以下原理表现为开关：通过开启自推进，颗粒变得活跃，甚至在非常低的密度下也会粘在壁上并形成生长层，最终阻塞通道瓶颈，而当关闭自推进时，阻塞物溶解。我们构建了相图区分堵塞和开放状态的密度和瓶颈宽度。平均堵塞时间的研究，作为密度和瓶颈宽度的函数，揭示了显着的主动堵塞，迅速响应于自推进打开的效率。由此产生的图片显示了一个深刻的差异，相对于通过缓慢的扩散动力学的吸引被动布朗磁盘获得的堵塞。这项数值计算工作提出了一种新的方法，使用外部可调的自推进粒子在微通道中创建或破坏塞子。
2020-11-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simple mathematical model for a pairing-induced motion of active and passive particles
Chiba University（千叶大学）；Kobe University（神户大学）；Tokyo University of Science（东京科学大学）
该研究提出一个二维系统中活性与非活性粒子配对诱导运动的简单数学模型，通过线性弹簧连接并利用自推进力驱动粒子，揭示了直线、圆周和之字形运动的形成机制。
2025-03-19 cond-mat.soft nlin.AO
Cargo Towing by Artificial Swimmers
主动游泳者可以通过将被动货物结合形成自我推进的二聚体来拖曳被动货物。货物相对于活性二聚体头部的轴的取向由与后者的推进机制相关联的流体动力学相互作用确定。我们展示了如何塔货物角配置极大地影响二聚体的扩散率，因此，作为一个微型拖曳电机的有效游泳者的效率。
2016-11-17 cond-mat.soft
Driving dynamic colloidal assembly using eccentric self-propelled colloids
由于胶体粒子在动态响应功能材料的制备中具有广阔的应用前景，设计动态引导胶体粒子自组装的方法已成为软物质物理研究的一个重要方向。本文通过计算机模拟发现，在被动胶体和偏心自推进活性粒子的混合体系中，当活性粒子的偏心率和自推进力足够大时，偏心活性粒子可以推动被动胶体形成大的密集动态团簇，体系发生了一种新的动态分层转变。我们的模拟结果表明，动态分层发生时，偏心的主动粒子的运动速度比被动粒子，使不同的主动粒子的动态轨迹可以相互重叠，而被动粒子从主动粒子的动态轨迹耗尽。我们的研究结果表明，这类似于熵驱动的胶体-聚合物混合物中的分层，其中聚合物无规线圈可以彼此重叠，同时耗尽胶体。更有趣的是，我们发现，通过固定的被动胶体组成在一定的值，随着密度的增加，该系统经历了有趣的重入混合，和分层只发生在一定的中间密度范围。这为设计活性物质来驱动被动胶体的自组装和制备动态响应材料提供了一条新的途径。
2017-11-03 cond-mat.soft
Propulsion and far-field hydrodynamics of linked-sphere microswimmers with viscoelastic deformability
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究了通过递归驱动的微游泳器动力学，分析了连接球设计的推进性能及远场流体动力学特征，揭示了粘弹性变形对游泳方向和流体特征的影响。
2026-04-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Chemically symmetric and asymmetric self-driven rigid dumbbells in 2D polymer gel
我们采用计算机模拟揭示了二维聚合物凝胶中自驱动化学对称和非对称刚性哑铃的平移和旋转动力学。我们的研究结果表明，活动或自我推进总是提高哑铃的动态。使自推进哑铃化学不对称导致动力学的进一步增强。此外，自推进的方向是化学不对称哑铃的关键因素，其中朝向哑铃的非粘性半部的自推进导致与朝向哑铃的粘性半部的自推进的情况相比更快的平移和旋转动力学。我们的分析表明，对称和不对称的被动刚性哑铃都被困在聚合物凝胶的网格内，但化学不对称性总是有利于哑铃的网格到网格运动，并且当哑铃自推进时甚至更明显。这导致随着自推进的增加，van Hove函数中出现多个峰值。简而言之，我们相信我们的计算机模拟研究可以指导研究人员设计高效的人工微泳者，这些微泳者在特定位点的递送中具有潜在的应用。
2022-03-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of a spherical self-propelled tracer in a polymeric medium: interplay of self-propulsion, stickiness, and crowding
我们采用计算机模拟研究的动态自推进的球形示踪粒子在粘弹性介质中，由一个长的聚合物链。在这里，粘弹性，粘性和活动（自推进）之间的相互作用带来了额外的复杂性示踪剂动力学。模拟结果表明，随着示踪粒子与聚合物微球的粘附力的增加，示踪粒子的动力学随其粘附在聚合物微球上而减慢，并随其移动，但随着自推进速度的增加，动力学增强.在增加粘性以及活性的情况下，非高斯参数（NGP）表现出非单调行为，这也显示在van-Hove函数的重新缩放的自身部分中。由于增强的结合事件和示踪剂随着链的粘性增加的粘性运动，导致非高斯性。另一方面，随着活性的增加，最初非高斯性随着示踪剂移动通过非均相聚合物环境而增加，但对于更高的活性，逃逸导致负NGP。粘性越大，被动示踪粒子的捕获时间分布越宽，并且有较长的拖尾。另一方面，对于给定的粘性，随着自推进力的增加，其变得更窄并且具有短的尾部。我们相信，我们目前的模拟研究将有助于阐明在粘弹性介质中的活动驱动探头的复杂运动。
2022-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of self-propelled tracer particles inside a polymer network
示踪剂颗粒通过网状环境如生物水凝胶和聚合物基质的运输在自然界中是普遍存在的。这些示踪剂可以是被动的，例如胶体或主动的（自推进的），例如合成纳米马达或细菌。原则上，计算机模拟在探索示踪粒子通过网状环境的主动（自推进）运输机制方面应该是非常有用的。因此，我们在金刚石晶格上构建了一个聚合物网络，并使用计算机模拟来研究网络内部球形自推进粒子的动力学。我们的主要目标是阐明作为示踪剂的大小和刚度的聚合物网络的函数的示踪剂粒子的动力学的自推进的效果。我们计算的时间平均均方位移（MSD）和范霍夫相关的示踪剂。一方面，对于较大的粘性粒子，网络粒子的束缚作用胜过了自推进作用的逃逸作用;这导致中间时间亚扩散。另一方面，较小的示踪剂或具有高自推进速度的示踪剂可以很容易地逃离笼子并表现出中间时间的超扩散。网络越硬，示踪剂的动力学越慢，并且较大的示踪剂表现出更长的中间时间超扩散，因为持续时间按$\sim σ^3$标度，其中$σ$是示踪剂的直径。在中间时间，非高斯性是更明显的活动示踪剂。在很长一段时间内，示踪剂的动力学，如果被动或弱主动，成为高斯和扩散，但保持平坦的示踪剂具有高的自推进，占其看似不受限制的运动在网络内。
2022-12-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergence of Living Chiral Superlattice from Biased-Active Particles
我们首次引入了一个偏置主动粒子的一般模型，其中主动力的方向与粒子间各向异性相互作用的主方向有一个偏置角。我们发现，一个高度有序的生活超晶格组成的小集群动态手性出现在这样的偏置的活性粒子和被动粒子的混合物。研究表明，偏置推进引起的主动-主动粒子对的不稳定性和主动-被动粒子对的旋转是超晶格形成的根本原因。此外，偏置角相关的最优作用力对系统的长程序和全局动力学手征都是最有利的。我们的研究结果表明，提出的偏置活性粒子提供了一个很好的机会，探索各种新的迷人的集体行为超越传统的活性粒子。
2018-06-06 cond-mat.soft
Motility-induced shear thickening in dense colloidal suspensions
活性胶体悬浮体的相变和集体动力学是软物质物理学中的一个有趣的课题，特别是对于非平衡体系，它可以在稳态剪切流的存在下导致丰富的流变行为。在这篇文章中，自推进的作用在稠密的胶体悬浮液的流变响应的研究通过使用粒子分辨模拟。首先，活性和剪切之间的相互作用，在固体的悬浮液的液体转变进行了分析。虽然自推进和剪切都破坏了秩序，并在它们的临界值以上熔化了系统，但自推进降低了在过渡期间需要克服的应力屏障。一旦悬浮液达到非平衡稳态，就分析流变响应。虽然被动悬浮液表现出类似固体的行为，但打开颗粒运动性使系统流动，并且在低自推进下，悬浮液表现为剪切稀化流体。增加胶体的自推进诱导从剪切稀化到剪切增稠行为的转变，我们将其归因于运动诱导的悬浮液中的聚集。运动诱导剪切增稠（MIST）这一有趣的现象可用于调整胶体悬浮液的流变学响应。
2023-01-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
Passive memory reshapes active persistence
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Cluster of Excellence Physics of Life, TU Dresden（德累斯顿工业大学生命物理卓越集群）
本研究通过广义朗之万框架，探讨非马尔可夫介质中主动粒子的集体动力学，发现环境记忆时间尺度与主动持久时间竞争时，会定性改变运动诱导相分离，产生反持久性抑制聚集或增强有效推进速度恢复相分离。
2026-06-25 cond-mat.soft
Active Atoms and Interstitials in Two-dimensional Colloidal Crystals
本文通过实验和数值模拟研究了二维松散堆积胶体晶体中自泳活性粒子在流体界面上的运动。根据活性粒子和晶格之间的相互作用，出现了两种情况：活性粒子要么作为间隙在整个晶体中导航，要么是晶格的一部分并表现为活性原子。活性胶体经历一个运行和翻滚运动，与被动胶体的晶体作为翻滚网站。相反，活性原子表现出间歇性运动，这源于被动晶体的周期性势场与粒子的自推进之间的相互作用。我们的研究结果揭示了致密的活性相的行为，并构成了实现非紧密堆积的结晶相与内部活动的第一步。
2017-10-24 cond-mat.soft
Controlling active self-assembly through broken particle symmetries
已知传统被动材料的许多结构特性是由其微观成分的对称性引起的。相比之下，细胞形状和自我推进之间的相互作用如何控制活性物质的宏观和微观行为，在很大程度上还不清楚。在这里，我们分析了大规模的模拟同质和异质自推进粒子系统，以确定集体运动的粒子对称性破缺的一般影响。我们发现，即使是很小的违反前后对称性导致根本不同的集体行为，这可能有助于分层的不同形状的物种，以及自发形成稳定的微转子。这些结果表明，颗粒形状的变化产生强大的物理机制来控制活性物质的自组装，可能对生物学和材料设计的深远影响。
2013-06-04 cond-mat.soft
Activity enhances heterogenous dynamics in 2D granular glasses
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
本文研究二维颗粒玻璃中活性对动力学的影响，发现活性系统在相同弛豫时间下表现出更强的动力学异质性，尽管活性方向与位移不对齐。
2026-09-09 cond-mat.soft
Aging or DEAD: origin of the non-monotonic response to weak self-propulsion in active glasses
在非晶态中，玻璃由比观察时间长的弛豫时间定义。这种非遍历性的性质使得对玻璃态系统的理解成为一个复杂的话题，具有复杂的老化效应或对进一步失衡的外部驱动的反应。在这方面，由自推进粒子制成的活性玻璃最近已经成为刺激系统，通过考虑新的内部失衡自由度，拓宽和挑战了我们目前对玻璃的理解。在以前的实验研究中，我们已经表明，在遍历性破碎阶段，致密被动粒子的动力学首先随着粒子的轻微活跃而减慢，然后在更大的活动中加速。在这里，我们表明，这种非单调行为也出现在软活性布朗粒子的模拟，并探讨其原因。我们反驳了我们之前提出的主动方向性（DEAD）模型描述我们的数据的死锁。然而，我们证明，非单调响应是由于活动增强老化，从而确认遍历性打破的联系。除了自推进系统，我们的研究结果表明，在主动眼镜老化是不完全理解。
2022-04-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Phase separation and rotor self-assembly in active particle suspensions
向被动胶体中加入非吸附性聚合物通过“耗尽”机制诱导颗粒之间的吸引力。足够高的聚合物浓度导致相分离。我们结合实验，理论和模拟来证明，使用活性胶体（如能动细菌）显着改变这种混合物的物理。首先，需要显著更强的颗粒间吸引力来引起相分离。其次，在较低的颗粒间吸引力下形成的有限尺寸聚集体显示出单向旋转。这些微型转子展示了使用活性颗粒的功能结构的自组装。旋转菌群的角速度与其大小成反比，这可以通过假设菌群中最外层细菌施加的扭矩随机相加来理解。我们的模拟表明，相分离的抑制和转子的自组装是聚集游泳者的一般特征，因此应该发生在各种生物和合成活性粒子系统。
2012-04-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Self-assembly and time-dependent control of active and passive triblock Janus colloids
本研究通过BD模拟扩展了活性三嵌段Janus胶体在更广密度与温度下的自组装研究，并提出一种活性时间协议，在更宽密度范围内实现了Kagome结构结晶，且结晶边界与早期MC模拟高度吻合。
2025-04-29 cond-mat.soft
Moving against the odds with a cyclic active Brownian ratchet: current enhancement and reversal
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Institute for the Dynamics of Complex Systems, University of Göttingen（哥廷根大学复杂系统动力学研究所）；Laboratoire Charles Coulomb (L2C), Université de Montpellier, CNRS（蒙彼利埃大学查尔斯·库隆实验室（L2C），法国国家科学研究中心）
通过周期性调制活性粒子自推进力，在非对称势中实现电流增强与方向反转，为活性粒子选择性分选提供动态控制手段。
2026-10-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Swimming against a superfluid flow: Self-propulsion via vortex-antivortex shedding in a quantum fluid of light
研究通过光子量子流体中的涡旋-反涡旋脱落实现杂质逆流自推进，揭示了量子流体能量耗散与主动物质系统自推进之间的联系。
2025-12-09 cond-mat.quant-gas cond-mat.soft quant-ph
Motion of a Polymer Globule with Vicsek-like Activity: From Super-diffusive to Ballistic Behavior
通过分子动力学模拟和Langevin恒温器，我们研究了一个柔性珠弹簧活性聚合物模型的结构和动力学的淬火后，从良好的到不良的溶剂条件。自推进是通过一个类似Vicsek的对齐活动规则，除了标准的吸引力和排斥力的相互作用的单体珠之间的工作在每个单独的单体。我们观察到，最终的构象是在球形阶段的被动以及所有的主动情况下。通过计算键长分布、径向分布函数等，我们表明，这些\textit{pseudo equilibrium}球状构象的动力学和微观细节在所有情况下是不相同的。此外，聚合物的质心在其运动过程中显示出更定向的轨迹，并且均方位移的行为在主动力的影响下逐渐从超扩散变为弹道，与被动情况下的扩散行为相反。
2021-03-16 cond-mat.soft
Clustering and phase behaviour of attractive active particles with hydrodynamics
我们模拟集群，相分离和hexatic有序的单层悬浮液中的活性蠕动盘受到一个有吸引力的Lennard-Jones-like成对的相互作用势，充分考虑到粒子之间的流体动力学相互作用。通过比较被动和主动布朗粒子的流体动力学模拟的情况下，我们阐明了自推进，粒子间的吸引力，流体动力学相互作用，在确定聚类和相行为的相对作用。即使在一个有吸引力的潜力的存在下，我们发现，流体动力学的相互作用强烈抑制的运动诱导的相分离，可能是一个先验已预期在一个高度活跃的悬浮液。相反，我们发现只有一个微弱的趋势，粒子形成弦状集群在这个政权。在较低的活动，我们证明相行为，大致相当于对应的被动系统在低温下，其特征在于由制度的气-液，气-固和液-固相共存。通过这种方式，我们认为，一个无量纲的量代表的活动水平相对于吸引力的强度起着类似于一个有效的非平衡温度的作用，对应于（无量纲）真正的热力学温度在被动系统。然而，也有一些重要的差异，从平衡的情况下，最显着的六角有序度，我们仔细讨论。
2016-03-30 cond-mat.soft
Tuning Steady Shear Rheology through Active Dopants
本研究通过数值模拟发现，少量活性掺杂剂即可高效引发流体化，且活性能量（掺杂比例乘推进速度平方）控制稳态剪切流变与玻璃化转变，为软材料力学性能微调提供定量策略。
2025-10-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergence of Sinai Physics in the stochastic motion of passive and active particles
如爱因斯坦所讨论的那样，一个浸入恒温水浴中的粒子进行布朗扩散。但西奈半岛已经意识到，在一个“随机环境”的扩散受到抑制。后续工作指出，在偏置$f$的存在下，存在离域和滑动转变，阈值$f_c$取决于无序强度。我们讨论了一个关键的方式出现西奈物理的被动和主动布朗粒子。紧束缚和福克-普朗克版本的模型是在平等的基础上解决的。我们假设，网站之间的过渡率提高，无论是由于驱动机制，或由于自推进机制，由辐射源引起的。因此，与直觉相反，动力学变得亚扩散，并且松弛模式变得过阻尼。对于有限系统，自发离域可能会出现，由于剩余的偏见，是由照射诱导。
2022-06-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Speed up of passive tracers in mixtures with active chemical reactions
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；University of Luxembourg（卢森堡大学）
本研究通过热力学一致的化学反应模型，发现活性反应可减少示踪剂阻力并产生非平衡涨落，从而加速其扩散，为控制质量传输提供新途径。
2026-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Extracting maximum power from active colloidal heat engines
胶体热机通过操纵受限示踪剂从波动浴中提取能量。考虑到一个自走式示踪剂包围浴被动胶体，我们优化发动机性能的基础上，最大可用功率。我们的方法依赖于一个绝热的平均场处理浴粒子，减少了多体描述成一个有效的示踪剂动力学。它使我们揭示，当在恒定的活动操作时，发动机只能产生比其被动对应物少的最大功率。相比之下，等温发动机的输出功率，与循环变化的自推进没有任何被动等效操作，表现出最佳的限制和活动。直接数值模拟的微观动力学支持这些结果的有效性，甚至超出平均场制度，与潜在的相关性的实验发动机的设计。
2018-04-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
