Dynamical clustering and phase separation in suspensions of self-propelled colloidal particles
我们研究了（准）二维胶体悬浮的自推进球形颗粒的实验和数值。这些颗粒是碳涂层的Janus颗粒，由于近临界水-卢剔啶混合物中的扩散泳动而被推进。在低密度，我们发现，驱动稳定小集群。在较高密度下，悬浮液经历相分离成大的团簇和稀气相。相同的定性行为中观察到的一个极小模型的排斥性自推进粒子缺乏任何对齐相互作用的模拟。观察到的行为是合理的动力学不稳定性，由于自陷的自推进粒子。
2013-05-17 cond-mat.soft
Microphase separation in two dimensional suspensions of self-propelled spheres and dumbbells
我们利用数值模拟研究了自推进球形和哑铃形粒子通过微相分离诱导势相互作用的相行为。我们的研究结果表明，在适当的条件下，有可能驱动形成两个新的活性状态;自旋簇晶体，即具有有限大小的自旋微晶作为晶格位置的有序介观相，和活簇流体，即每个“颗粒”是有限大小的活簇的二维流体。我们讨论了这些阶段的动力学，并提出了在广泛的积极力量下扩展其稳定性的方法。
2015-10-12 cond-mat.soft
Freezing and phase separation of self-propelled disks
我们数值研究了非对齐的自推进粒子通过空间排斥相互作用的模型，最近被证明在没有任何吸引力的相互作用或破坏的取向对称性的情况下，在两个维度上表现出积极的相分离。我们构建了一个相图中的活动和包装分数，并确定三个不同的制度：一个均匀的液体与异常的簇大小分布，相分离的状态在高和低密度，和冻结相。我们提供了一个物理解释的各种制度，并开发缩放的参数，将它们分开的边界。
2013-09-15 cond-mat.soft
Phase separation of self-propelled ballistic particles
自推进颗粒在临界密度以上相分离成共存的稠密区和稀区。它们的随机运动的统计性质使其本身成为预测相分离开始的各种理论。然而，当噪声变得可以忽略不计时，这些理论都不足以描述这种行为。为了克服这一限制，我们提出了一个预测模型，依赖于两个密度依赖的时间尺度：$τ_F$，粒子之间的碰撞花费的平均时间;和$τ_C$，碰撞的平均寿命。我们表明，只有当$τ_F < τ_C$做碰撞持续足够长的时间来发展一个不断增长的集群，并启动相分离。使用分析计算和活性粒子模拟，我们测量这些时间尺度，并确定在二维和三维相分离的临界密度。
2018-04-23 cond-mat.soft
Thermodynamic stability of fluid-fluid phase separation in binary athermal mixtures: The role of nonadditivity
本文研究了中等尺寸比硬球二元非加性混合物中流体-流体相分离的热力学稳定性。我们感兴趣的是阐明所发挥的作用，少量的非加性在确定流体-流体相分离的稳定性相对于流体-固体相变。在修正超网链和Rogers-Young积分方程理论的框架下，通过计算Gibbs自由能，建立了分层曲线。我们还评估流体-流体相平衡内的一阶热力学微扰理论适用于一个有效的单组分潜力，通过整合出的自由度的小球。两种不同的方法之间出现了定性的一致。我们还解决了冻结线的测定，通过应用一阶热力学微扰理论的大球体之间的有效相互作用。我们的研究结果表明，对于中等尺寸比的适度的非加性，小于早先的想法，可以足以驱动流体-流体的临界点到热力学稳定区域的相图。这些发现可能是重要的稀有气体混合物在极端的压力和温度条件下，非加性预计是相当小的。
2006-01-12 cond-mat.soft
Effect of interparticle interaction on motility induced phase separation of self-propelled inertial disks
运动诱导相分离（MIPS）的现象的相图的自推进相互作用的磁盘的集合进行了探索，特别强调磁盘壁的柔软性和磁盘之间的相互作用的范围内使用Langevin动力学模拟。我们带来了重要的变化，由于磁盘的柔软性和惯性的MIPS相图。具体来说，我们表明，过阻尼软磁盘相分离，而MIPS成为可能，只有在惯性极限硬磁盘。不像大多数早期的研究MIPS认为硬核磁盘，我们的研究结果可能直接适用于软活性物质的生物系统的范围。
2022-01-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Directed Autonomous Motion and Chiral Separation of Self-Propelled Janus Particles in Convection Roll Arrays
自推进的两面神粒子由于它们自己的引擎而表现出自主运动。然而，由于这种运动的方向随机变化，它们对于新兴的纳米技术和生物医学应用几乎没有用处。在这里，我们数值计算表明，手性活性Janus的运动可以直接使他们的对流辊的线性阵列。自航运动的整流功率可达60%以上，远大于以往的报道。我们表明，手性Janus粒子的运动整流导致显着的分离的消旋和左旋活性粒子从外消旋二元混合物。此外，我们证明了如何有效地整流效果可以被利用来分离双螺旋和左旋粒子时，他们的固有扭矩分布与高斯统计。
2023-03-26 cond-mat.soft
Microscopic theory for the phase separation of self-propelled repulsive disks
最近的实验胶体悬浮液的动机，我们研究分析和数值模拟的微观模型缺乏对齐相互作用的自推进粒子。在这个模型中，即使是纯粹的排斥相互作用，导致相分离的动力学不稳定性已被报道。从多体Smoluchowski方程出发，我们发展了一种基于新的封闭格式的平均场描述，并推导出有效的流体动力学方程。我们表明，微观起源的不稳定性是一个力的不平衡，由于各向异性对分布导致自陷。相图可以用两个量来理解：最小驱动力和力不平衡。在足够高的推进速度下，会有一个重新进入无序流体的入口。
2013-07-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motility-Induced Phase Separation
自推进颗粒包括自泳合成胶体和各种微生物。通过不断消耗能量，它们绕过了平衡热力学定律。这些定律在热平衡中强化了玻尔兹曼分布：于是稳态与动力学参数无关。相比之下，自行推进的粒子倾向于在它们移动得更慢的地方积聚。由于生物化学或空间的原因，它们也可能在高密度下减慢。这产生了正反馈，其可以导致稠密流体相和稀流体相之间的运动诱导相分离（MIPS）。在梯度中的领先顺序，映射将可变速度、自推进的粒子与具有吸引力的被动粒子相关联。这种与平衡相分离的深层联系通过模拟得到了证实，但通常在梯度中的高阶上被打破：新的效应，没有平衡对应物，然后出现。我们给一个快速发展的MIPS领域的选择性概述，侧重于理论和模拟，但包括一个简短的投机性调查其实验意义。
2014-06-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.CB
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
Binary phase separation in a collection of self-propelled particle with variable speed
本文研究了自推进粒子二元混合物的集体行为。粒子以{ \it变速}沿其前进方向移动，并通过短程对齐相互作用进行相互作用。引入变速参数$γ>0$，使$γ=0.0$模型简化为{ \it恒速} Vicsek模型。我们将粒子与两种不同的$γ$混合，研究了不同的$γ$选择和噪声强度下混合物的稳态行为。其中一个$γ$保持固定为$1.0$，另一个从小的$0.0$变化为较大的值$8.0$。用两类序参量表征体系的性质：（i）取向序参量，它是体系有序性的度量;（ii）密度序参量，它是体系相分离的度量。对于所有的$γ$的集合，系统表现出从无序到有序状态的转变的噪声强度的变化。过渡和临界噪声的性质是独立的值的$γ$，这也支持从粗粒度的流体动力学研究。随着系统参数（$γ$ 's，$η$）的变化，我们发现了四种不同的相：（i）有序相分离，（ii）有序混合，（iii）无序混合和（iv）无序相分离。我们的研究揭示了不同类型活性颗粒混合物的不同相。
2019-02-01 cond-mat.soft
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
Phase separation of self-propelled disks with ferromagnetic and nematic alignment
我们提出了一个全面的研究模型系统的排斥自推进磁盘在两个维度的铁磁和超高速对齐的相互作用。我们表征了该系统的相行为作为对齐和自推进强度的函数，具有强对齐和运动诱导相分离（MIPS）在中等对齐但足够高的自推进的取向顺序。我们推导出这些系统的微观理论，产生一组封闭的流体动力学方程，从中我们对均匀无序状态进行线性稳定性分析。该分析预测了在存在调心扭矩的情况下的MIPS。连续介质理论的性质允许与基于粒子的模拟进行明确的定量比较，这一致地表明铁磁排列促进相分离，而非铁磁排列不会改变引起相分离的不稳定性的性质或位置。在铁磁情况下，这种行为是由于沿着不同取向的粒子碰撞数量的不平衡增加，从而引起粒子沿其自推进方向的自捕获。相反，对关联函数的各向异性，它编码这种自陷效应，是不显着的影响，由磁转矩。我们的工作表明，这种微观理论的预测能力，以描述复杂的活性物质系统与不同的相互作用的对称性，并揭示了运动诱导相分离的速度对齐相互作用的影响。
2021-10-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-Propelled Rods: Linking Alignment-Dominated and Repulsion-Dominated Active Matter
我们研究了一个强大的自推进杆通过体积排阻相互作用的模型，并表明其集体动力学包括相应的Vicsek式模型（局部对齐是唯一的相互作用），和运动诱导的相分离（当排斥占主导地位时发生）。这些结果统一了迄今为止关于干活性物质的基本上互不相关的知识体系，并澄清了所涉及的各个相的性质。
2018-07-03 cond-mat.soft
Slow coarsening in jammed athermal soft particle suspensions
我们模拟了一个密集堵塞，无热的排斥性软粒子浸在溶剂中的组件。从一个初始条件对应于淬火从高温开始，我们发现非平凡的缓慢动力学驱动的逐步释放存储的弹性能量，与均方根粒子速度衰减为幂律的时间与分数指数。这种衰减是伴随着存在的组装内的空间局部化和时间上间歇性的“热点”的非仿射变形，连接由远程漩涡中的速度场，让人联想到当地的塑性事件和远程弹性传播，已被深入研究的剪切非晶材料。热点的图案逐渐变粗，热点的大小和分离随着时间的推移缓慢增长，和相关的速度相关长度增加的次线性幂律。然而，在一幅强烈间歇性动态的整体图景中，每个单独的点都只是短暂存在的。
2019-08-08 cond-mat.soft
Density phase separation and order-disorder transition in a collection of polar self-propelled particles
我们研究了一系列极性自推进粒子中的有序-无序转变，这些粒子通过距离相关的短程排列相互作用进行相互作用。引入了一个与距离有关的相互作用参数$a_0$，使得当$a_0$减小时，相互作用随距离$a_0$衰减得更快，并且对于$a_0=1.0$模型，它退化为Vicsek型.对于所有的$a_0>0.0$，系统表现出从无序到长程有序的转变。随着$a_0$的减小，我们发现了另一个从相分离态到非相分离态的相变：同时有序-无序相变从不连续型转变为连续型。因此，密度相分离在预测有序-无序转变的性质中起着重要的作用。我们还计算了两点的密度结构因子，使用粗粒度的流体动力学方程的运动与密度相关的对齐项中引入的托纳和涂\cite{tonertu}的方程。密度结构因子在临界波矢$q_c$处表现出发散性，该发散性随密度相关排列项的减小而减小。粗粒度方程中的对齐项与微观模拟中的距离相关参数$a_0$起着相同的作用。我们的研究结果可以在许多生物系统中进行测试：在这些系统中，粒子倾向于与它们最近的邻居发生强烈的相互作用。
2016-12-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-Propelled Rods: Insights and Perspectives for Active Matter
广泛的实验系统，包括滑行，群集和游泳的细菌，体外运动性测定以及摇动颗粒介质通常被描述为自推进杆。这些实体的大量集合显示了各种各样的自组织集体现象，包括移动的极团、极和极动力带、迁移率引起的相分离、拓扑缺陷和中尺度湍流等的形成。在这里，我们给出了一个简短的调查的实验观察和审查的理论描述自推进杆。我们的重点是紧急斑图形成的合奏干自走棒受短程，接触介导的相互作用和他们的湿同行，也受到远程流体动力学流。总而言之，自推进棒提供了一个总体主题，涵盖了活性物质的许多方面，包含充分探索的限制情况。它们的集体行为不仅连接了已充分研究的极性自推进粒子和活性向列相分子的机制，包括活性相分离，而且还揭示了丰富多样的新模式。
2019-11-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Quantifying the sorting efficiency of self-propelled run-and-tumble swimmers by geometrical ratchets
合适的不对称微结构可用于控制微生物群体的运动方向。这种校正过程使得可以在空间区域中积累游泳者或对不同的游泳者进行分类。在这里，我们研究数值分离过程如何取决于所涉及的微生物的特定运动策略。对两种细菌菌株的分离效率和分离时间等关键特性进行了精确的定义和评价。特别是，两个细菌种群接种在一个盒子中，由一系列的不对称的障碍物列分隔室组成的排序进行了研究。我们展示了如何通过这些障碍提高排序效率，并得出结论，即使所涉及的种群仅在其游泳策略的一个方面不同，这种排序也可以有效地使用。
2013-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Microscopic field theory for structure formation in systems of self-propelled particles with generic torques
我们推导出一个动力学场论的自推进粒子受到一般的扭矩和力显着粗粒化的微观动力学，由多体福克-普朗克方程描述。该模型包括诱导自转的固有转矩，以及导致例如粒子取向的局部对准的粒子间转矩。在这种方法中，虽然不需要指定成对相互作用的函数形式，但可以直接将场论的参数映射到基于粒子的模型的参数上。我们进行了线性稳定性分析的齐次解的场方程，并找到长波长和短波长的不稳定性。前者标志着宏观结构的出现，我们将其与运动诱导的相分离联系起来，而第二个标志着具有特征尺寸的有限结构的生长。内禀转矩阻碍相分离，将长波长不稳定性的开始推向更高的活性。此外，它们产生有限尺寸的结构，其特征尺寸与自推进速度和自旋转频率的倒数成比例。我们的研究结果表明，一个一般的机制可以解释为什么手征倾向于抑制运动诱导的相分离，而是促进非平衡模式的形成。
2022-04-25 cond-mat.soft 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
Unidirectional laning and migrating cluster crystals in confined self-propelled particle systems
描述自推进粒子集体行为的一个标准方法是Vicsek模型：点状自推进粒子倾向于在每个时间步将其迁移方向与其最近邻居的迁移方向对齐。在这里，我们使用的Vicsek模型的一个变体，包括成对排斥相互作用。将系统限制在平行的壁之间可以定性地改变其外观：可以出现与先前报道的不同的横向状态。所有泳道平均显示所含颗粒的相同迁移方向，泳道之间具有有限的间隔距离。此外，在某些参数范围内，我们观察到集体迁移集群，安排在一个近似六边形的方式。我们认为这些规则纹理背后的机制是对齐机制中的过度反应。考虑更现实的情况下，非点状粒子的存在下，限制表面通常是重要的比较实验系统。
2013-10-29 cond-mat.soft
Statistical Mechanics and Hydrodynamics of Self-Propelled Hard Spheres
本文从自推进硬球的微观模型出发，利用非平衡统计力学和硬球动力学理论，导出了相互作用的主动布朗粒子的Smoluchowski方程。我们说明了实用的统计力学框架开发的两个应用程序。首先，我们推导出稳态的硬球活性流体的微观参数和第二，我们确定的临界密度在这个系统中的运动诱导相分离的发病。我们表明，这两个数量同意与过阻尼模拟的活性布朗粒子与排除体积相互作用的急剧排斥的潜力。这里提出的结果可以用来将排除体积效应在不同的自推进粒子模型。
2017-02-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase separation in binary mixtures of active and passive particles
我们研究了小的主动和大的被动非热粒子的二元混合物通过软排斥力相互作用在摩擦基板上。已知无热自推进颗粒在相当低的填充分数下相分离成致密聚集体和稀气体状相。这种现象被称为{ \emph {运动诱导相分离}}，它控制着二元混合物在小到中等尺寸比的颗粒物质中的行为。被动颗粒之间的有效吸引力，由于周围的活性介质，导致真正的相分离的大尺寸比和体积分数的活性颗粒。活性和无源颗粒之间的有效相互作用可以是吸引或排斥在短距离取决于颗粒的尺寸比和体积分数。这会影响被动粒子的聚集。我们发现三个不同的阶段的基础上的被动粒子的空间分布。被动粒子的团簇尺寸分布在{ \emph{homogeneous phase} }中呈指数衰减。它在{ \emph{clustered phase} }中以指数截止的幂律衰减，并且随着系统接近向{ \emph{phase separated state} }的过渡而趋向于幂律。我们提出了一个平面上的相图定义的尺寸比和体积分数的被动粒子。
2018-07-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamical Self-regulation in Self-propelled Particle Flows
本文研究了二维过阻尼自推进粒子的连续介质模型。通过分析和数值计算相结合的工作，我们绘制了通用参数的相图。我们发现，该系统自组织成两个强大的结构，在不同的区域的参数空间：孤立波的有序群移动通过一个低密度的无序背景，和固定的星。流动的自调节性质产生相分离，在这类系统中普遍存在，并控制孤波的形成。自推进和相关的活跃对流在星的形成中起着至关重要的作用。我们工作的一个新结果是一个相图，以统一的方式显示这些不同的制度。
2011-12-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Flocking in Binary Mixtures of Anti-aligning Self-propelled Particles
本文研究反对齐自推进粒子二元混合物，发现排斥性局部相互作用可产生全局极性有序，并通过玻尔兹曼散射理论实现定量预测，揭示大体系中的微相分离与斑块条纹图案。
2023-04-11 cond-mat.soft
Inertial effects of self-propelled particles: from active Brownian to active Langevin motion
通过将能量转化为机械运动而自我推进的活性粒子代表了物理学和化学中不断扩展的研究领域。对于在液体中运动的微米级颗粒（“微泳者”），大多数基本特征已经用过阻尼主动布朗运动模型来描述。然而，对于在气体中移动的宏观颗粒或微粒，惯性效应变得相关，使得动力学是欠阻尼的。因此，最近，通过将主动布朗运动模型扩展到包括惯性的主动朗之万动力学，描述了具有惯性的主动粒子。在这篇透视文章中，总结了具有惯性的活性粒子（“微飞体”）的单粒子特性和许多粒子的集体效应的最新发展。其中包括：粒子速度和自推进方向之间的惯性延迟效应、由转动惯量对长时间自扩散的调谐、非惯性系中的虚拟力效应以及惯性对运动诱导相分离的影响。还提出和讨论了未来可能的发展和前景。
2019-10-30 cond-mat.soft
A reentrancy of motility-induced phase separation in overdamped active Brownian particles
本文通过过阻尼活性布朗粒子模型研究运动诱导相分离的重入机制，发现团簇因自驱力局部空间平均产生的应力引发多重滑移变形，随佩克莱特数增大团簇失稳，从而抑制相分离。
2025-07-02 cond-mat.soft
Collection of polar self-propelled particles with a modified alignment interaction
我们研究了一组极性自推进粒子通过依赖于距离的排列相互作用相互作用的无序到有序的转变。相互作用强度$a^{d}$（$0<a<1$）随粒子对间的度规距离$d$衰减，且相互作用是短程的。在$a = 1.0$中，我们的模型简化为著名的Vicsek模型。对于所有的${\it a}>0$，该系统显示出从无序到有序状态的转变作为噪声强度的函数。我们计算了不同$a$的临界噪声强度$η_c(a)$，并与平均场结果进行了比较。随着$a$的减小，无序到有序转变的性质从不连续连续到连续地变化。我们用数值方法估计了三临界点$a_{TCP}$，在该临界点处，相变的性质从不连续变为连续。密度相分离对于接近1的${\it a}$是大的，并且其随着$a$的减小而衰减。我们也写出了一般${\it a}$的粗粒流体动力学方程，发现当${\it a}$接近$1$时，均匀有序态对小扰动是不稳定的.在均匀有序态的不稳定性是一致的大密度相分离的${\it a}$接近1。
2018-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Work fluctuations of self-propelled particles in the phase separated state
本文研究了在相图中宏观相分离区域内，在时间间隔τ内单个布朗粒子的推进功分布P（W_τ）的大偏差。P（W_τ）具有两个峰和两个独立的非凸分支，这两个峰分别与气相和团簇相的粒子有关。因此，W_τ累积量的母函数具有双奇异性。我们从系统相的特殊动力学角度讨论了这种非凸分支的起源，以及观测时间τ与粒子在两相中的典型持续时间之间的关系。
2020-05-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Acoustically propelled nano- and microcones: fast forward and backward motion
我们专注于锥形纳米和微粒，最近发现当它们暴露于行波超声波时表现出特别强的推进力，并基于直接声流体计算机模拟研究它们的推进力如何取决于锥体的纵横比。模拟结果表明，推进速度，甚至其符号是非常敏感的纵横比，其中短粒子向前移动，而细长粒子向后移动。此外，我们确定了一个圆锥形状，允许一个特别大的推进速度。我们的研究结果有助于理解超声推进的胶体颗粒的推进，建议一种方法来分离和排序的纳米和微米锥的纵横比，并为未来的实验和应用提供有用的指导。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Diffusion of Janus Particles in Bacterial Suspensions: Second-Order Phase Transition and Counterintuitive Directional Propulsion
通过建立细菌趋化性的分子动力学模型，首次研究了考虑趋化效应的细菌悬浮液中示踪剂的统计特性。我们证明了非高斯统计的全涂层示踪剂来自于非热细菌噪声。此外，Janus（半涂层）示踪剂执行的复合随机行走结合幂律尾分布的Lévy飞行与布朗抖动在低涂层浓度，但转向增强定向传输（EDT）时，涂层浓度高。与传统的自推进颗粒不同，在增加涂层浓度时，EDT的方向从沿着示踪剂取向反直觉地反转到与示踪剂取向相反。这两个过渡被确定为二阶，与相边界满足在一个三相点。提出了一个理论模型，揭示了这种异常的输运行为的起源。我们的研究结果揭示了活性物质在外界刺激下的基本非平衡物理，强调了非对称环境在调节生物系统中的运输过程中的关键作用。
2017-05-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Collective behavior of self-propelled rods with quorum sensing
活性剂-如运动性测定中的泳动颗粒、细菌、精子和细胞骨架丝-显示出多种多样的运动性诱导的集体行为，如聚集、聚集和相分离。在生物膜形成过程中，泳动颗粒和细菌的致密悬浮液的行为由两种主要的物理机制决定：（i）体积排阻（短程空间排斥）和（ii）群体感应（由于局部化学环境的改变而导致的较长距离的减少的推进）。为了系统地表征这样的系统，我们研究半穿透自推进杆在两个维度上，与推进力，随着当地杆密度的增加，采用布朗动力学模拟。体积排斥和群体感应都导致相分离，然而，结构和杆动力学有很大的不同。群体感应增强了团簇的极性，诱导了团簇边缘的杆状细胞的非对称性，并增强了团簇形成。对于系统，其中杆在高密度下基本上变得被动，观察到星状和条纹的形成。与具有较小纵横比的杆相比，具有较大纵横比的杆系统显示出更有序的结构，这是由于它们具有更强的对齐，具有几乎圆形的星状结构，以获得强烈的密度依赖性推进力。随着群体感应相互作用范围的增大，局域密度减小，星状结构变得不稳定，并出现极性刺猬簇和具有结构域的簇。我们的研究结果表征结构的形成和动力学由于两个质量不同的相互作用机制，空间位阻和群体感应，这两个相关的工程泳微泳以及生物膜形成的细菌的竞争。
2018-07-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Clustering of Self-Propelled Triangles with Surface Roughness
自推进颗粒可以在称为运动诱导相分离的过程中从稀悬浮液自发地形成致密相。所形成的非平衡结构的性质由粒子相互作用的细节和活动的强度决定。到目前为止，对这些结构形成的大多数研究都集中在具有各种相互作用势的球形胶体、哑铃和棒状颗粒上。只有少数研究已经检查了更复杂的颗粒形状的集体行为。在这里，我们增加了几何复杂性，并使用分子动力学模拟来考虑由表面粗糙的三角形自推进粒子形成的结构。这些三角形要么向其顶点移动，要么向其底部移动，即，它们具有极性。我们发现，顶点定向三角形集群更容易，更稳定，并有一个更平滑的集群接口比他们的基地定向同行。两种极性之间的差异与[H. H. Wensink等人，E89，010302（R）（2014）]，然而，当涉及到聚类时，我们获得了相反的结果，即顶点定向的颗粒更容易聚类。我们进一步表明，减少表面粗糙度的基础导向结构的稳定性产生负面影响，这表明它们的形成在很大程度上是由于表面粗糙度。我们的研究结果奠定了坚实的基础，为未来的实验和计算研究粗糙度对游泳运动员的集体动力学的影响。
2016-09-07 cond-mat.soft
Separation of interacting active particles in an asymmetric channel
本研究探讨非对称通道中受振荡力的相互作用活性粒子的扩散行为，发现短程相互作用会使平均速度新增低质量峰值，通过调节相关参数可选择性分离不同质量的粒子。
2023-08-25 cond-mat.soft
Gas-liquid phase separation at zero temperature: mechanical interpretation and implications for gelation
玻璃和凝胶之间的关系已经激烈争论了几十年;然而，这两个阶段之间的过渡仍然难以捉摸。为了研究零温极限下的凝胶形成过程及其与玻璃相的关系，我们进行了无热准静态减压的数值实验。在减压过程中，系统经历类似于相分离的空化事件，这是在零温度下的凝胶化过程。正常模式分析表明，相分离是由最低的本征能量消失的信号，类似于剪切下的玻璃的塑性事件。与剪切诱导塑性的一个主要区别是消失模式在相分离点处经历其空间能量分布的质的变化。这些发现使我们能够定义基于力学的玻璃-凝胶相边界。
2022-10-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Coarsening dynamics of binary liquids with active rotation
由许多自驱动单元组成的活性物质在生物和合成体系中都能表现出涌现的集体行为，如斑图形成和相分离。虽然这些行为越来越好地了解线性自推进粒子的合奏，很少有人知道的集体行为的主动旋转粒子的能量输入在粒子水平引起旋转粒子运动。最近的一项模拟研究表明，主动旋转可以诱导相分离的混合物中的反向旋转颗粒在2D。与线性自推进颗粒相反，反向旋转流体的相分离伴随着源自流体-流体界面的稳定对流。在这里，我们调查的影响，这些流动的粗化动态的积极旋转的二元液体使用的现象学，流体动力学模型，结合了一个Cahn-Hilliard方程的流体成分与纳维-斯托克斯方程的流体速度。主动旋转的效果是通过纳维-斯托克斯方程内的附加力引入的，该附加力是由于顺时针和逆时针旋转粒子的浓度梯度而产生的。根据主动旋转的强度和与静止环境的摩擦相互作用的强度，我们观察和解释新的动力学行为，如“主动粗化”通过自生流以及自推进涡偶极子的出现。我们确认，许多定性行为的连续模型也可以发现在离散的，基于粒子的模拟积极旋转的液体。我们的结果强调了在受分布式驱动的活性材料中实现复杂耗散结构的进一步机会。
2015-07-24 cond-mat.soft
Curvature-Controlled Geometrical Lensing Behavior in Self-Propelled Colloidal Particle Systems
在许多生物系统中，细胞赖以生存的表面的曲率会影响它们的集体性质。曲率同样会影响活性胶体颗粒的行为。我们使用分子模拟的自推进活性粒子表面的高斯曲率（正和负），曲率的符号和幅度可以改变系统的集体行为。曲率作为一个几何透镜和移动的临界密度的motility-induced相分离（MIPS），以较低的值为正曲率和较高的值为负曲率，这是我们在理论上解释的球面和双曲空间中的平行线的性质。曲率也流化致密MIPS集群由于出现的缺陷模式破坏集群内部的晶体秩序。利用我们的研究结果，我们设计了三个限制表面，战略性地结合不同曲率的区域，以产生一系列新颖的动态相位，包括循环MIPS的spherocylinders，波状MIPS的spherocones，和集群波动的metaballs。
2022-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Turn towards the crowd
一种极性的自推进粒子产生一种扭矩，使其自然地被吸引到密度较高的区域。这种在粒子集合体中引起的集体行为构成了活性流体中相分离的一种新形式。
2021-05-21 cond-mat.soft
Noise and diffusion of a vibrated self-propelled granular particle
颗粒材料是活性物质的重要物理实现形式。在振动流化的颗粒物质中，扩散和自推进都来自相同的碰撞力，不像许多其他活性系统，在这些活性系统中，单粒子流动性的起源和与噪声的耦合之间有一个清晰的分离。在这里，我们提出了单粒子运动的实验研究，在振动的颗粒单层，随着理论分析，比较晶粒运动在短期和长期的时间尺度的假设和预测，分别，活性布朗粒子（ABP）模型。结果表明，尽管噪声和推进之间的独特关系，粒状介质显示ABP模型预测的通用功能，并表明这是一个有效的框架来预测集体现象。此外，我们的分析方案，用于验证模型的输入和输出可以应用到其他粒度和非粒度系统。
2017-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Power-law correlation in the homogeneous disordered state of anisotropically self-propelled systems
本文通过流体力学论证、自推进晶格气体模拟及非厄米微扰理论，揭示了各向异性自推进系统均匀无序态中密度与极性关联的普适幂律衰减规律，并给出结构因子解析表达式。
2024-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Using self-driven microswimmers for particle separation
能够在复杂环境中自主导航的微观自推进游泳者为定位、拾取和递送微观和纳米级物体提供了有吸引力的机会。受能动细胞和细菌的启发，人们制造了人造微游泳者，并对它们在图案化环境中的运动进行了实验研究。我们建议使用自驱动的人工微泳分离胶体的二元混合物。我们揭示了不同的分离制度，包括一个速度反演。我们的发现可以用于各种生物和医学应用。
2012-03-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Collective phases in overdamped magnetic self-propelled spherocylinders
Universidad de Chile（智利大学）；Universidad Adolfo Ibáñez（阿道夫·伊巴涅斯大学）
通过将磁性相互作用建模为双单极子模型，结合粒子伸长几何，发现系统出现气体、极性群、链、涡旋排列和锁定二聚体等丰富集体相，为控制磁性活性物质相干态提供了实验可调参数。
2026-06-19 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
Interface stability, interface fluctuations, and the Gibbs-Thomson relation in motility-induced phase separations
具有短程体积排阻相互作用的自推进粒子的极小模型已经显示出相分离的特征。在这里，我表明，所观察到的界面稳定性和波动的运动引起的相分离（MIPS）可以解释建模的活性颗粒在界面区域的微观动力学。此外，我证明了MIPS中的吉布斯-汤姆森关系的有效性，它提供了一个冷凝液滴的大小和周围的蒸汽浓度之间的函数关系。结果表明，MIPS在过饱和度消失时的粗化动力学在后期遵循经典的Lifshitz-Slyozov标度律。
2016-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Critical motility-induced phase separation belongs to the Ising universality class
具有体积排阻相互作用的自推进粒子的集合可以表现出气-液相分离的现象，称为运动诱导相分离（MIPS）。系统的非平衡性质是相变的基础，然而，目前还不清楚临界MIPS是否为非平衡物理学贡献了一个新的普适类。我们在这里证明，这是不是这样的情况下，通过显示一个通用的关键MIPS属于伊辛普适性类保守的动态。
2019-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Aggregation and Segregation of Confined Active Particles
我们模拟了一个模型的自推进磁盘与软排斥相互作用局限于一个盒子在两个维度。对于小的旋转扩散速率，单分散盘自发地积聚在壁上。在低密度下，粒子之间的相互作用力是强烈不均匀的，一个简单的模型预测了这些不均匀性如何改变状态方程。在更高的密度下，集体效应变得重要。我们观察到的包装分数$ϕ\sim 0.88$，这也是非活性无热单分散磁盘的干扰点的干扰过渡的签名。在该$ϕ$，系统产生壁聚集所需的临界有限主动速度。在填充分数高于$ϕ\sim 0.6$时，压力随密度增加而降低，表明颗粒之间的强相互作用影响远低于堵塞转变的状态方程。在没有任何粘附的情况下，双分散盘的混合物分离，确定了一种新的机制，可能有助于胚胎发育中的细胞分选。
2014-03-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Velocity alignment promotes motility-induced phase separation
研究了在二维空间中运动的极性活性布朗粒子通过体积排斥和速度排列相互作用的相行为。我们结合粒子为基础的模拟的微观模型与一个简单的平均场动力学模型，以了解自推进磁盘的运动诱导相分离的速度对齐的影响。我们发现，随着对齐强度的增加，接近集体运动从下面的发病，取向相关性增长，使扩散重定向动力学较慢。因此，颗粒聚集成各向同性簇的趋势增强，有利于系统完全分层成低密度相和高密度相。
2018-07-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion Transients in Motility-Induced Phase Separation
该研究数值探究二维无热活性粒子悬浮液中motility诱导相分离下的正常扩散，发现扩散常数在气相双结点和旋结点处有急剧跳跃的滞后环，且粒子位移分布在相分离存在时呈现非高斯正常扩散的瞬态胖尾特性。
2025-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.soft
Active phase separation by turning toward regions of higher density
对从分子组装到动物群体的活性物质的研究揭示了两大类行为：排列的趋势产生取向有序和集体运动，而粒子排斥导致自捕获和运动诱导的相分离。在这里，我们报告的第三类行为：取向的相互作用，产生积极的相分离。结合理论和实验的自推进Janus胶体，我们表明，较强的排斥力的后方比这些粒子的前面产生非互易性的扭矩，重定向粒子运动向高密度区域。因此，颗粒会向拥挤的区域自我推进，从而导致相分离。团簇保持流动性，并表现出快速的颗粒周转，与通常由自捕获产生的堵塞的团簇相反，并且界面足够宽，它们跨越整个团簇。总的来说，我们的工作确定了一个基于扭矩的机制，在活性流体中的相分离，我们的理论预测，这些取向的相互作用产生共存的阶段，缺乏内部的取向秩序。
2021-11-22 cond-mat.soft
Self-propulsion via non-transitive phase coexistence in chemically active mixtures
研究证明活性反应通过改变化学势平衡和引入渗透压差影响相分离，导致非传递性相共存，从而实现自驱动相和复杂动力学。
2025-08-13 cond-mat.soft
Motility-Induced Microphase and Macrophase Separation in a Two-Dimensional Active Brownian Particle System
作为非平衡力的结果，纯排斥性自推进颗粒经历浓相和稀相之间的宏观相分离。我们提出了一个深入的研究，这种动力学诱导相分离（MIPS）在两个维度的活性布朗粒子的有序动力学，我们表明，它是一般伴随着微相分离。密相的生长遵循类似于液-气相分离的规律。然而，它是由六角微区的马赛克，其尺寸不会无限粗化，留下一个扩展的拓扑缺陷的网络，从微观稀释气泡出现。这些有限尺寸结构的特征长度随活性而增加，与初始条件的选择无关。
2021-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinetics of motility-induced phase separation and swim pressure
活性布朗粒子（ABPs）是一种活性物质的极小模型，它由具有纯排斥相互作用和旋转噪声的自推进球体组成。在这里，我们研究的压力ABPs在两个封闭的盒子和系统的二维周期性边界条件，并表明其密度的非单调行为是一个强大的功能，独立于系统的大小。我们相关的平均压力的时间演变对它的稳态值与动力学诱导相分离。对于相分离的稳定状态对应的参数值，我们确定两个动力学制度。在快速团簇形成的初始阶段，压力随时间单调增长，超过其稳定状态值，然后迅速放松到它，并在随后的较慢的团簇合并和粗化期间保持恒定。超调量是主动系统的一个显著特征。
2016-12-13 cond-mat.soft
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
