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
Rectification of Twitching bacteria through narrow channels: A numerical simulations study
生活在表面上的细菌使用不同类型的运动机制在表面上移动以寻找食物或形成微菌落。抽搐是一种由细菌如N.淋病，其中称为IV型菌毛的聚合物延伸物介导其运动。从细胞体延伸出来的菌毛附着在表面，通过收缩来拉动细菌。细菌的运动取决于附着在表面的菌毛之间的二维拔河。这些微型爬行动物居住的自然表面通常在空间上是不均匀的，并且具有不同的表面特性。已知它们的运动性受表面形貌的影响。因此，可以通过设计可潜在地用于控制生物膜结构的结构化表面来控制细菌移动。在本文中，我们数值研究了二维波纹通道中的抽搐运动。细菌的运动是由两种不同的模型模拟：（a）详细的拔河模型，广泛描述的抽搐运动的细菌菌毛和（b）粗粒度的运行和翻滚模型，描绘了广泛的自推进粒子的运动。使用上述模型模拟细菌通过非对称波纹通道的运动显示了校正。细菌的传输取决于通道的几何参数和固有的系统参数，如持续长度和自推进速度。特别地，粒子电流随微通道的几何参数的变化表明，可以针对这些参数的特定值来优化粒子电流。
2020-04-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Motility-Induced Pinning in Flocking System with Discrete Symmetry
University of Seoul（首尔大学）
研究揭示了在具有离散对称性的自驱动粒子系统中，运动诱导钉扎相变现象，通过蒙特卡洛模拟发现中间对齐相互作用强度下，极序呈现短程空间和时间特性，界面因粒子运动而钉扎，提出解析理论解释钉扎界面生长动态。
2024-09-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Dynamics of a deformable self-propelled domain
本文基于两个不同的二维模型系统，研究了单个自推进域的运动与变形之间的动力学耦合。一个是由一组常微分方程的重心和两个张量变量表征变形。另一种是主动细胞模型，它具有运动的内部机制，并表示为变形的偏微分方程。数值模拟显示了丰富多样的动态，其中一些是共同的两个模型系统。讨论了相似性和差异性的根源。
2010-03-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Enhanced motility in a binary mixture of active nano/microswimmers
本文研究通过在二元混合物中将运动性从高活性客体物种传递给低活性宿主物种来提升纳米/微型游泳者的运动性，数值模拟显示宿主物种运动性最高可增强四倍，可应用于化学、生物和医学领域。
2020-04-24 cond-mat.mes-hall 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
Collective Motion of Self-Propelled Particles with Memory
我们表明，记忆，在欠阻尼角动力学的形式，是一个至关重要的组成部分的集体性质的自推进粒子。使用Vicsek风格的模型与作用于角速度的Ornstein-Uhlenbeck过程，我们发现了丰富多样的集体阶段没有观察到在通常的过阻尼系统，包括涡旋晶格和活性泡沫。在一个严格相互作用的模型中，Vicsek波的近晶排列引起的全球极序观察。我们还提供了一个计算的电报噪声过程中发挥作用的情况下，涡之间的有效相互作用，从而解释这里观察到的涡格的出现和结构，并在运动性测定实验。
2018-09-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Density-Independent transient caging in the high-density phase of motility-induced phase separation
Tokyo University of Science（东京科学大学）
研究发现高密度相中粒子移动存在瞬时笼状效应，揭示了运动诱导相分离与非平衡冻结之间的联系。
2026-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Crowding-Enhanced Diffusion: An Exact Theory for Highly Entangled Self-Propelled Stiff Filaments
我们研究了一个强烈的相互作用拥挤的系统的自推进刚性细丝事件驱动的布朗动力学模拟和分析理论，以阐明拥挤和自推进的复杂相互作用。我们发现一个显着增加的有效扩散系数后，增加的细丝数密度超过一个数量级。这种反直觉的“拥挤更快”的行为可以通过扩展Doi和Edwards开创的用于高度纠缠的拥挤、被动到主动系统的限制管的概念来合理化。我们预测的有效扩散系数的Péclet数和细丝数密度的函数的标度理论。随后，我们证明了一个精确的表达式推导出一个单一的自推进丝与运动参数作为输入可以预测的非平凡的时空动态在整个范围内的长度和时间尺度。特别是，我们的理论捕捉短时间的扩散，定向游泳运动在中间的时间，并在长时间的过渡到完整的取向松弛。
2022-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Multiscale perturbative approach to active matter with motility regulation
University of Geneva（日内瓦大学）
本文提出了一种适用于干标量活性物质的粗粒化方法，基于逆柯尔莫戈洛夫方程的多尺度扰动展开，无需特定微观动力学，可研究不同运动调节形式，并扩展到非马尔可夫方向动力学。
2026-04-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motility-induced coexistence of a hot liquid and a cold gas
本研究通过过阻尼活性与惯性被动布朗粒子混合物的相分离，发现平衡系统中也可出现共存相的动力学温度差，密相可冷于或热于稀相，解答了非平衡气相能否冷于共存液相的问题并开辟新研究路径。
2024-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-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
Interparticle torques suppress motility-induced phase separation for rodlike particles
为了研究扭矩在运动诱导相分离（MIPS）中的作用，我们模拟了一个自推进粒子系统，其形状从各向同性（圆盘/球体）到弱细长（棒）平滑变化。我们构造了纵横比为$l/σ=2$的二维主动盘、三维主动球和二维/三维主动杆的相图。的均匀各向同性相的稳定性分析，使我们能够预测的有效游泳速度和旋转扩散的颗粒的基础上MIPS的发病。这两种方法发现抑制MIPS的颗粒形状被拉长。我们提出了一个抑制机制的基础上的持续时间的碰撞，并认为这种机制可以解释抑制MIPS在这里发现的棒状粒子和增强的MIPS与Vicsek相互作用的粒子。
2019-04-02 cond-mat.stat-mech
Role of Translational Noise in Motility-Induced Phase Separation of Hard Active Particles
本研究探讨平移噪声对活性布朗硬圆盘聚集的影响，发现其非单调调控团簇形态，低值促进运动诱导相分离，高值导致团簇蒸发，并构建理论解释相图。
2025-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Equilibrium and non-equilibrium properties of active matter systems
Indian Association for the Cultivation of Science（印度科学文化促进协会）；School of Mathematical & Computational Sciences, Indian Association for the Cultivation of Science（印度科学文化促进协会数学与计算科学学院）
本文研究主动物质系统中集体行为与动力学，探讨体积排除效应、介质无序性及自推进粒子在非晶格域中的行为，分析热噪声、自推进速度等因素对集体行为的影响。
2026-05-10 cond-mat.stat-mech
Chemotaxis of cargo-carrying self-propelled particles
具有自推进特性的活性粒子被认为是生命系统中最简单的运动模型。活性粒子在低活性区域的积累导致人们普遍认为，趋化性需要额外的特征，至少需要最低限度的处理信息和控制运动的能力。我们表明，自推进粒子显示趋化性和移动到更高的活动区域，如果粒子执行被动对象，或货物，他们绑定的工作。这种合作趋化性的起源是活性颗粒在与负载结合时对活性梯度的探索，导致负载上的平均过量力在更高活性的方向上。使用一个最小的理论模型，我们捕捉这些主动-被动二聚体的最相关的功能，特别是我们预测的交叉抗趋化和趋化行为。此外，我们表明，仅仅连接活性粒子的链是足够的，以获得从反趋化性的趋化性随着链的长度增加的交叉。这种活性复合物能够沿活性梯度向上移动，例如由燃料梯度提供，并在燃料浓度最大的地方积聚。观察到的过渡是重要的原始形式的生活，使他们能够找到一个来源的营养物质，即使在没有任何支持的感觉运动装置。
2020-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Motility-induced phase separation and coarsening in active matter
活性系统，或称活性物质，是一种自我驱动的系统，它在远离平衡的状态下生活或发挥作用--我们在这里集中讨论的一个典型例子是悬浮的自运动粒子。主动系统远离平衡，因为它们的微观组成部分不断消耗环境中的能量来做功，例如推动自己。活性物质的非平衡性质导致了许多有趣的现象。最近，生物和软物质物理学家们非常感兴趣的一个重要问题是所谓的“运动诱导相分离”，即自推进粒子在它们之间没有任何明显的吸引力相互作用的情况下聚集成团。在这里，我们回顾了运动引起的相分离的物理学，并在相分离和粗化的经典物理学的框架内讨论这种现象。我们还讨论了细菌菌落粗化可能被逮捕的理论。大部分的工作将集中在运行和翻滚的情况下，主动布朗粒子在溶剂介导的流体动力学相互作用的情况下，我们将简要讨论他们的作用，这是目前还没有完全理解在这方面。
2015-05-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interfacial and density fluctuations in a lattice model of motility-induced phase separation
本文通过二维自推进粒子晶格模型研究运动诱导相分离，比较平板与液滴构型，揭示气泡与界面的时间尺度分离及曲率相关的密度涨落规律。
2024-12-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Asymmetry-Induced Chiral Dynamics in Coupled Self-Propelled Robots: Spinning and Circular Motion
Indian Institute of Technology Mandi（印度理工学院曼迪分校）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
研究两个由弹簧耦合的自推进活性布朗机器人系统中几何不对称如何产生净扭矩，导致持续旋转运动，并展示三种动力学状态：奔跑-翻滚、圆周轨迹和自旋。
2026-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Spontaneous velocity alignment in Motility-induced Phase Separation
我们研究了一个系统的纯排斥球形自推进粒子在最小设置诱导运动诱导相分离（MIPS）。我们发现，即使没有明确的对齐相互作用，在群集粒子的速度伴随MIPS的增长顺序。粒子排列成排列或涡旋状的域。它们的大小随着自我推进的持续性的增长而增加，这种效果通过研究速度的空间关联函数来量化。我们解释的速度对齐揭示了一个隐藏的对齐相互作用的Vicsek样的形式，诱导的空间相互作用和自推进之间的相互作用。因此，我们认为，MIPS过渡不能完全理解的标量场，密度，因为集体取向的速度应包括在有效的粗粒度的描述。
2019-12-06 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
Generalized Thermodynamics of Phase Equilibria in Scalar Active Matter
运动诱导相分离（MIPS）一般出现在自推进粒子的流体中，当相互作用导致高密度下的动力学减速时。从标量活性物质的连续描述出发，类似于广义的Cahn-Hilliard方程，我们给出了一个通用的处方，在无通量稳态共存相的平均密度，金额，在流体力学尺度上，极值化的有效自由能。我们说明我们的方法上两个著名的模型：自推进粒子相互作用，通过密度依赖的推进速度或通过直接成对的力量。我们的理论定量地解释了它们的相图，提供了MIPS的统一描述。
2018-02-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polarization-Density Patterns of Active Particles in Motility Gradients
密度调制和粒子极化的共定域是活动活性物质在活动梯度中的特征涌现。因此，它可以发挥吸烟枪的作用，内在的微观活动的中尺度检测。我们采用主动布朗粒子（ABP）模型推导出精确的解析表达式的密度和偏振分布的一个单一的Janus型游泳运动员在附近的一个突然的活动步骤，包括情况与方向相关的推进速度。我们的结果与在配套论文[1]中提出的热微游泳者的测量数据吻合得很好，并且可以作为更复杂应用的模板，例如，运动诱导的相分离或物理边界的研究。我们的正式结果背后的基本物理是强大的捕获和阐明的示意性两种“运行和翻滚”模型。
2021-01-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spiral and never-settling patterns in active suspensions
我们提出了一个结合的数值和分析研究的斑图形成在一个活跃的系统中，粒子对齐，具有密度依赖性的运动，并受到逻辑反应。这是一个模型的悬浮液繁殖细菌，但它也可以代表，在有序相，肌动球蛋白凝胶在体外或体内。在无序阶段，我们发现，运动抑制和增长竞争产生稳定或闪烁的模式，其中，当密度足够大时，获得内部取向排序，产生星形或螺旋形。在有序相，反应项导致以前未观察到的从未解决的模式，可以提供一个简单的框架，以了解肌动蛋白的运动和螺旋图案的形成。
2013-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Vortex arrays and meso-scale turbulence of self-propelled particles
受图灵斑图形成机制的启发，我们提出了一个简单的自推进粒子模型，该模型具有短程排列和较大距离的反排列。它能够产生取向有序的状态，周期性的涡旋图案以及中尺度湍流。后一阶段类似于在致密细菌悬浮液中的观察。该模型允许系统的推导和分析的动力学理论以及流体动力学方程的密度和动量场。从这些连续体方程的线性稳定性分析中获得了具有这种斑图形成以及空间均匀取向有序和无序的区域的相图。自推进粒子系统的微观朗之万模拟与这些发现一致。
2014-05-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamical pattern formation without self-attraction in quorum-sensing active matter: the interplay between nonreciprocity and motility
本文通过最小模型和线性稳定性分析，发现非互易性与自推进可诱导追逐带动力学图案，无需自吸引；开启自吸引后相分离，界面混沌导致异常缓慢粗化。
2023-09-13 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
Dynamical clustering and wetting phenomena in inertial active matter
本文通过可调节惯性的活性颗粒聚集实验，发现惯性会诱导聚集体内部从类液态向类晶态转变，抑制边界成核，并消除运动性诱导的润湿现象。
2024-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Efficiency of one-dimensional active transport conditioned on motility
通过对一个随机过程的可观测值的条件，人们得到一个新的随机过程具有不同的性质。我们将这个想法应用在活性物质的背景下，并根据它们各自的运动性来调节相互作用的自推进粒子。利用动力学大偏差理论中的有效过程形式，我们在两个玩具模型--完全不对称排斥过程和奔跑翻滚粒子\emil{in the case of two or three particles}中推导出了驱动强加迁移率对抗干扰相互作用的相互作用.我们提供了一个框架，考虑到自我推进所需的能源消耗，并解决如何能源效率的紧急相互作用的问题。在调节时，运行和翻滚颗粒产生对齐相互作用，并实现比TASEP颗粒更高的效率增益。超过一定的条件作用水平，效率收益就会递减。求助于一个通用的公式，在空调的能源效率的变化，我们的结论是，最显着的收益发生时，有很大的波动，利用流动性。通过详细比较两体与三体场景中出现的有效相互作用，我们发现了筛选效应的证据，这表明条件反射可以产生拓扑相互作用而不是度量相互作用。
2020-02-12 cond-mat.stat-mech
Fluctuations and Pattern Formation in Self-Propelled Particles
我们考虑一个粗粒度的描述系统的自推进粒子的流体动力学方程的密度和偏振场。我们发现，有序的移动或群集状态的系统是不稳定的空间波动超过一个阈值设置的自推进速度的各个单元。在该区域中，系统将其自身组织成散布有低密度无序区域的良好定义的植绒颗粒的传播条纹的不均匀状态。此外，我们发现，即使在该制度的均匀植绒状态是稳定的，系统表现出大的波动，在密度和取向顺序。我们研究的流体动力学方程解析和数值表征这两个政权。
2010-04-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.QM
Pattern formation and phase transition in the collective dynamics of a binary mixture of polar self-propelled particles
研究了具有不同运动特性的极性自推进粒子（SPPs）混合物的集体行为。二元混合物由固定速度$v_s$的慢速移动SPP（sSPP）和固定速度$v_f$的快速移动SPP（fSPP）组成。这些SPP通过短程相互作用相互作用，而不管它们的类型。它们在外部噪声$η$的影响下遵循类似于Vicsek模型（VM）的某些位置和速度更新规则移动。在不同的$v_f$值下研究该系统，对于固定的密度$ρ=0.5$，保持$v_s=0.01$恒定。不同的相位分离的集体模式，出现在系统中的一个广泛的噪声$η$的特点。发现fSPP和sSPP在稳态下是取向相位同步的。我们研究了一个取向有序无序转变的角度噪声$η$和确定的临界噪声$η_c$不同的$v_f$。有趣的是，这两个物种对于$v_f<100v_s$表现出连续转变，而对于$v_f>100v_s$表现出不连续转变。一组新的临界指数确定的连续过渡。然而，二元模型被发现是非普适的临界指数的值取决于速度。研究了相互作用半径对系统行为的影响。
2022-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Boundary-Mediated Phases of Self-Propelled Kuramoto Particles
INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Department of Physics and Astronomy, University of Padova（帕多瓦大学物理与天文学系）
研究边界条件对自推进Kuramoto粒子集体行为的影响，揭示驱动机制如何导致不同聚集态。
2026-03-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Activated coarsening of motility-induced phase separation in random environments
Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院）；Indian Institute of Science Education and Research Berhampur（贝赫拉姆印度科学教育研究所）
通过活性布朗粒子模拟，研究随机力场和随机力矩场两种淬火无序对运动诱导相分离粗化的影响，发现无序破坏传统增长规律，导致活化动力学和对数增长，并连接至无序磁体的钉扎界面物理。
2026-10-06 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal transport of active colloids with sensory delay in motility landscapes
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；University of Barcelona Institute of Complex Systems (UBICS)（巴塞罗那大学复杂系统研究所）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究了具有感知延迟的活性胶体在运动景观中的扩散传输，通过动态随机切换过程替代自推进速度的空间依赖性，推导出均方位移和有效扩散系数的解析结果，揭示了密度模式和有效扩散的普适标度形式。
2026-04-28 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
Vortex with four-fold defect lines in a simple model of self-propelled particles
本文用计算机模拟和理论分析相结合的方法，研究了自推进粒子极小模型中四重对称涡旋的形成。除了涡旋模式，我们还观察到系统中的其他五个相：均匀气相，能带结构，移动团块，移动集群和振动环。所有六个阶段都是通过控制噪音的强度以及排斥和排列相互作用的贡献而出现的。我们详细研究了涡旋的形状及其对称性。该图案显示了指数缺陷线，其中传入和传出的粒子流发生碰撞。我们表明，粒子之间的排列和排斥相互作用是必要的，以形成这样的图案。最后，我们推导出我们的模型的流体动力学方程，并将它们与计算机模拟和Quincke转子的结果进行比较。观察到三者之间的良好一致性。
2015-09-07 cond-mat.stat-mech
Micellization in active matter of asymmetric self-propelled particles: Experiments
本研究通过机器人群体实验，发现具有不对称形状的自推进粒子可依据惯性中心位置形成胶束，该现象由至少双粒子效应驱动，且不依赖溶剂化壳层，源于活性与形状不对称的相互作用。
2025-08-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.AO
Motility-Induced Clustering and Meso-Scale Turbulence in Active Polar Fluids
中尺度湍流最初是在各种游泳细菌悬浮液以及活性胶体集体运动中通过实验观察到的。相应的大尺度动力学模式在一个简单的极性流体模型中重现，假设活性粒子的密度恒定。最近，更详细的实验研究揭示了其他有趣的方面，如异常速度统计和聚类现象。这些现象无法用目前可用的活跃极性流体模型来解释。在此，我们扩展了Dunkel等人提出的连续介质模型，使其包含了密度变化以及局部密度和活性粒子自推进速度之间的反馈。如果速度随着密度的增加而减小，则对所得模型的线性稳定性分析表明，除了原始模型的短波长不稳定性之外，还会发生长波长不稳定性。这通常在高密度的极性活性颗粒中观察到，并且类似于标量活性物质中的运动诱导相分离（MIPS）的公知现象。我们确定了一个简单的相图表示的线性不稳定性，并在相应的参数空间中的各个区域进行系统的数值模拟。短程不稳定性和长程不稳定性之间的相互作用导致了有趣的动力学和新的现象，有关成核和粗化过程。我们的模拟结果显示了丰富多样的新模式，包括动态变化的不规则形状的边界相分离到域。异常的速度统计观察到在所有阶段，系统分离成高密度和低密度的区域。这为它们在最近的细菌悬液实验中的出现提供了一个简单的解释。
2020-12-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Machine Learning Assisted Sorting of Active Microswimmers
本研究提出基于Pèclet数分选活性粒子的装置，结合布朗模拟与机器学习建模实现分选，验证了模型有效性，可应用于物理、生物、生物医学等领域。
2024-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rectification of self-propelled particles by symmetric barriers
自推进粒子的运动可以通过空间中的非对称或棘轮状周期性图案来矫正。在这里，我们表明，一个非零的平均漂移已经可以诱导在一个周期性的潜力与对称的障碍时，自推进速度也是对称的，周期性调制，但对潜在的相移。在慢转动扩散的绝热极限下，我们解析地确定了平均漂移，并讨论了温度的影响。在非对称障碍物的存在下，调节自推进可以大大增强甚至逆转平均漂移。
2013-02-19 cond-mat.stat-mech
Anomalous diffusion of self-propelled particles
本研究推广了主动运动的输运方程，通过时间分数阶动力学描述自驱动粒子的反常扩散，推导出任意散射函数下粒子位置的精确概率密度及矩的时间依赖性，发现标度指数在短时和长时区域存在交叉，并验证其满足分数阶扩散方程。
2023-10-25 cond-mat.stat-mech
Large fluctuations and dynamic phase transition in a system of self-propelled particles
本文研究了在稳态条件下，不同系统的自推进粒子在一个时间$τ$内的主动力所作的功$W_τ$的统计。我们表明存在一个临界值$W_τ^†$，使波动与$W_τ>W_τ^†$对应的配置，粒子之间的相互作用起着次要的作用，而那些与$W_τ< W_τ^†$代表国家与单粒子拖动集群。这种双重行为完全反映了概率分布$P(W_τ)$的工作，它不遵守大偏差原则的$W_τ<W_τ^†$。这种行为模式可以被解释为由于在波动量的水平上发生的相变，并且相应地识别出序参量。
2017-10-15 cond-mat.stat-mech
Collective Motion and Phase Transitions of Symmetric Camphor Boats
多艘自航船在狭窄水道中的运动表现出自发的斑图形成和动力学的相变。与以往的研究相比，自推进粒子，这个模型不需要随机波动，它是实验上可访问的。通过改变系统中的粘度，可以形成稳态、相关或不相关振荡或单向流动。在这里，我们描述和分析这些自组织模式及其过渡。
2012-05-29 cond-mat.stat-mech
