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
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
Dynamics of magnetic self-propelled particles in a harmonic trap
该研究将带磁偶极子的 Hexbugs 构成 MSPP，置于谐振阱中结合实验与模拟分析亚稳态结构，并与过阻尼磁性 ABP 对比，揭示磁偶极作用、粒子形状与活性的主导影响。
2024-03-05 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
Snowdrift game induces pattern formation in systems of self-propelled particles
物种之间的进化博弈导致了扩散剂系统中有趣的时空模式。然而，物种间的相互作用的作用几乎没有研究时，代理人（自）推进，是在许多生物系统的情况下。在这里，我们结合方面从活性物质和进化博弈论和研究系统的两个物种的个人是（自）推进和相互作用，通过雪堆游戏。我们推导出流体动力学方程的密度和速度场的两个物种，从中我们确定参数制度，其中一个或两个物种形成宏观取向秩序以及制度的传播波图案。有趣的是，我们在两个物种中发现了同时发生的波型，这是由对齐和雪堆相互作用之间的相互作用引起的--我们称之为游戏诱导的斑图形成的反馈机制。我们测试这些结果在基于代理的模拟，并确认不同的制度秩序和时空模式，以及游戏诱导的斑图形成。
2021-05-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Numerical treatment of the Boltzmann equation for self-propelled particle systems
动力学理论构成了一个最有前途的工具，破译的特点时空动态系统的积极推进粒子。在这种情况下，玻尔兹曼方程起着关键作用，因为它提供了一个自然的翻译之间的粒子级描述系统的动态和相应的流体动力学领域。然而，玻尔兹曼方程复杂的数学结构大大限制了仅仅通过分析手段来全面理解这个方程的进展。在这里，我们提出了一个通用的框架来数值求解玻尔兹曼方程的自推进粒子系统在两个空间维度和任意的边界条件。我们讨论了这种数值框架的潜在应用活性物质系统，并使用该算法给出了一个模型系统的自推进粒子与极性相互作用的详细分析。根据以前的研究，我们发现，空间均匀的各向同性和对称性破缺的状态填充在参数空间中的两个不同的区域，这是由一个狭窄的区域的空间不均匀，密度隔离的移动模式分开。我们发现明确的证据表明，这三个区域在参数空间中连接的一阶相变，和空间均匀的各向同性和极性有序相之间的过渡承担惊人的相似性，在平衡系统中的液-气相变。在密度分离参数制度，我们发现一个新的稳定的极限环的玻尔兹曼方程的解决方案，其中包括平行车道的极性集群在相反的方向上移动，从而使系统的有序状态的整体对称性，尽管纯粹的极性相互作用的水平上的单粒子。
2014-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical role of the motor density and distribution on polar active polymers
该研究探究极性活性聚合物中马达密度与分布的作用，发现其密度影响构象转变与自驱动速度的非单调关系，且分布微小差异可显著改变构象，为理解细胞动力学过程提供理论支撑。
2025-03-23 cond-mat.soft
Solute Induced Jittery Motion of Self-Propelled Droplets
研究了溶质在自推进液滴中的作用。研究了4-戊基-4-联苯腈（5CB）在十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）水溶液中的自推进微滴体系。结果表明，甘油的加入导致活性5CB液滴表现出从平滑到抖动运动的过渡。该运动被发现是独立的液滴的大小和的5CB的微扰状态。用聚丙烯酰胺（PAAm）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯醇（PVA）作为溶质的类似实验证实，这种转变不能仅仅基于系统的粘度或Peclet数来解释。我们建议，溶质和液滴界面之间的物理化学相互作用的具体性质是在这个过渡的根源。实验表明，溶质的存在改变了界面处表面活性剂的流入和再分布的时间尺度。甘油和PVP显著提高了5CB液滴的溶解速率，导致吸附的TTAB分子在界面上更快地重新分布，导致液滴暂时停止，然后在独立的方向上重新开始。另一方面，在PAAm和PVA存在下的低增溶速率导致平滑的轨迹。我们的假设是支持液滴尺寸和界面速度测量的存在和不存在溶质的时间演变。总的来说，我们的研究结果提供了基本的见解复杂的相互作用出现由于溶质的存在。
2020-11-20 cond-mat.soft
Active Ornstein-Uhlenbeck model for self-propelled particles with inertia
自推进粒子将能量转化为机械运动，如果它们具有宏观尺寸或在气体介质内移动，则表现出惯性，与浸没在粘性流体中的微米尺寸的过阻尼粒子相反。在这里，我们研究的主动Ornstein-Uhlenbeck模型，其中自推进描述的有色噪声，访问这些惯性效应的扩展。我们总结和讨论的粒子的均方位移和速度自相关函数的几个设置范围从一个自由粒子的各种外部影响，如线性或谐波电位和耦合到另一个粒子通过谐波弹簧的解析解。考虑到粒子的初始速度在非平稳设置中的特殊作用，我们观察到所有的动力学指数在0和4之间。在典型的惯性时间之后，由粒子的质量确定，结果固有地恢复到过阻尼粒子的行为，除了谐波限制系统，其中总位移由惯性增强。我们进一步考虑一个欠阻尼模型的活性粒子与时间相关的质量，这严重影响的位移在中间的时间制度。最引人注目的是，对于足够大的质量积累率，粒子的运动完全由惯性效应控制，因为它始终保持超扩散。
2021-08-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Barrier induced stalemate-consensus transition of self-propelled participants subject to majority rule
本文通过自推进智能体模型研究障碍如何影响多数规则下的意见动力学，发现存在临界障碍尺寸引发僵局与共识之间的转变，且临界点附近弛豫时间呈幂律发散，揭示了物理或社会障碍对意见动力学和社会结构的重要作用。
2025-05-08 cond-mat.soft physics.soc-ph
Minimal model of active colloids highlights the role of mechanical interactions in controlling the emergent behavior of active matter
最近，由具有纯排斥相互作用的自推进球形颗粒组成的活性布朗胶体的极小模型被确定为活性物质理论的极好的定量测试基础，并且已经成为广泛的数值和分析研究的主题。这些系统不表现出对齐或植绒状态，但确实具有丰富的相图，形成具有新颖机械性能的活性气体，液体和固体。本文综述了近年来对这类模型的研究进展，包括对活性气体及其游动压力的描述、运动诱导的相分离以及高密度晶体和玻璃态行为的描述。
2016-02-11 cond-mat.soft
Stability and Spatial Autocorrelations of Suspensions of Microswimmers with Heterogeneous Spin
活跃微粒的流体动力学相互作用在我们星球的流体环境中是普遍存在的。因此，了解这些自推进粒子的相互作用对科学和工程至关重要。在本文中，悬浮液的主动游泳者转子颗粒已被数学建模，通过扩展先前开发的随机动力学理论来分析多个自旋速度种群的microswimmer和microrotors的异质集合。本文使用这种建模方法来获得大规模的性能，如悬浮液的不稳定性和空间相关性的活性颗粒的见解，并突出了活性颗粒的旋转对悬浮液的行为的作用。本研究将着眼于分析解释斑图形成的结果观察到的自推进微粒使用数值和实验室实验。
2022-09-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Unravelling the role of phoretic and hydrodynamic interactions in active colloidal suspensions
主动流体包括由浸入流体环境中的元件组成的各种系统，其可以将某种形式的能量转换为定向运动;因此，它们在没有任何外部作用力的情况下本质上是不平衡的。活性物质物理学中的一个基本问题是如何理解自主推进和主体-主体相互作用的特征决定了系统的集体动力学。我们研究数值悬浮液的自推进diffusiophoretic胶体，在（准）-2D配置，占两个动态解决溶质介导的泳相互作用和溶剂介导的流体动力学相互作用。我们的研究结果表明，该系统显示不同的方案在改变胶体-溶质的亲和力，它开发了一个集群相的化学吸引力的情况下。我们研究了不同幅度的胶体活性的集群大小和集群形态的统计。最后，我们提供的证据表明，流体力学起着相关的作用，聚集动力学和集群形态，显着阻碍集群的增长。
2019-06-25 cond-mat.soft
Transport of a self-propelled tracer through a hairy cylindrical channel: interplay of stickiness and activity
由马达蛋白辅助的生物分子的主动运输对于细胞活动的正常运作是必要的。受拥挤的细胞通道中的活性剂的扩散的启发，我们计算研究通过聚合物接枝的圆柱形通道的活性示踪剂的运输通过改变示踪剂的活性和示踪剂的粘性的聚合物。我们的研究结果表明，被动示踪剂表现出深刻的亚扩散，增加粘性，通过探索深入到接枝聚合物区，而纯粹的排斥一个更喜欢通过沿圆柱轴的通道创建的孔状空间扩散。相反，活性示踪剂显示更快的动力学和中间超扩散，即使示踪剂优先保持接近致密的聚合物区域。示踪剂径向位移概率密度分布中的尖峰进一步支持了这一观察结果。我们发现，活性在决定示踪剂通过狭窄通道的途径中起着重要的作用。有趣的是，增加活性会抵消粘性的影响。此外，van-Hove函数表明，活性示踪剂动力学偏离高斯性，偏离程度随着活性的增加而增加。我们的工作直接影响到如何有效的运输和交付货物可以通过一个有限的介质中的活动，相互作用和拥挤的相互作用。展望未来，这些因素对于理解人工自供电机器通过细胞通道导航和执行体内挑战性任务的机制至关重要。
2022-01-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Van't Hoff's law for active suspensions: the role of the solvent chemical potential
我们扩展范特霍夫定律的渗透压悬浮液的活性布朗粒子。被推进的颗粒在溶剂上施加净反作用力，从而驱动可测量的溶剂从连接的溶剂储存器流过半透膜，或者增加渗透压并使悬浮液上升到与文献中所述的实验实现的微泳者的微米一样大的高度。渗透压的增加是由背景溶剂引起的，与被动悬浮液相反，背景溶剂不再处于溶剂储存器的化学势。溶剂化学势的差异取决于胶体-膜相互作用势，这意味着渗透压是一种状态的态函数，其本身受膜势的影响。
2017-11-16 cond-mat.soft
Mesoscopic simulations of anisotropic chemically-powered nanomotors
化学动力的自推进胶体通过将局部能量源转化为定向运动来产生马达力，这一过程已经在实验和计算模型中进行了探索。如果我们了解这些基本成分的行为，那么使用活性胶体作为纳米技术的构建块为有趣的应用打开了大门。我们建立了一个一致的介观模拟模型的自推进胶体的复杂形状的目的是解决他们的平移和旋转运动之间的耦合。考虑一个被动的L形胶体粒子，研究其布朗动力学，并确定其流体动力学中心，即平移和旋转解耦的跟踪点。活跃的L粒子显示相同的盘旋轨迹，已被发现的实验，结果，我们比较布朗动力学模型。我们提出了流体动力学的作用，通过比较我们的结果与流体模型，其中粒子的速度是随机重置。在那里，轨迹只显示随机方向。我们得到这些原始的模拟结果，没有任何参数化的算法，这使得它成为一个有用的方法，活性胶体的初步研究，实验工作之前。
2018-11-19 cond-mat.soft
Inertial Effects on the Stress Generation of Active Fluids
悬浮的自推进机构产生一个独特的机械应力，由于他们的运动，影响他们的大规模集体行为。微泳者悬浮在流体中的粒子惯性可以忽略不计，我们已经表明，维里的“游泳应力”是一个有用的量来理解的流变学和非平衡行为的活性软物质系统。对于像鱼类这样的大型自走生物，目前还不清楚颗粒惯性如何影响它们的压力产生和集体运动。在这里，我们分析了有限的粒子惯性对机械压力（或应力）所产生的悬浮液的自推进机构的影响。我们发现，所有规模的游泳运动员产生一个独特的“游泳压力”和“雷诺应力”，影响他们的集体运动。我们发现，粒子惯性起着类似的作用，限制在过阻尼主动布朗系统，减少游泳者的运行长度减少游泳应力，影响相行为。尽管游动应力和雷诺应力随粒子惯性的大小而单独变化，但两者的贡献之和与粒子惯性无关。这指出了在非平衡系统的计算机模拟中计算应力时的一个重要概念--雷诺应力和维里应力都必须计算以获得系统产生的总应力。
2017-09-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Emergent Self-propulsion of Skyrmionic Matter in Synthetic Antiferromagnets
本文从理论上证明合成反铁磁双层中的束缚斯格明子对可作为自推进拓扑对象，速度远超已知自推进粒子，其机制为斯格明子相对运动产生非互易回转力，且热噪声会诱导其行为模仿生物运动体。
2025-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.str-el
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
Inertial effects on rectification and diffusion of active Brownian particles in an asymmetric channel
微-和纳米游泳者在流体溶剂中移动，被产生熵障碍的结构限制，通常由过阻尼主动布朗粒子动力学描述，其中粘性效应很大，惯性不起作用。然而，惯性效应应考虑有限的游泳运动介质中的粘性效应不再占主导地位。在这里，我们研究惯性如何影响整流和扩散的自推进粒子在一个二维的非对称通道。我们发现，大多数的颗粒积聚在通道壁的颗粒的质量增加。此外，平均颗粒速度具有作为质量的函数的最大值，表明具有最佳质量$M^{*}_{\rm op}$的颗粒可以从具有其它质量的颗粒的混合物中分选出来。特别是，我们发现，有效扩散系数表现出增强的扩散峰作为质量的函数，这是大多数颗粒在通道壁处的积累的签名。还确定了$M^{*}_{\rm op}$对旋转扩散速率、自推进力、通道的纵横比和主动扭矩的依赖性。这项研究的结果可以刺激发展的策略，控制自推进粒子的扩散在熵棘轮系统。
2023-03-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
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
The role of tumbling in bacterial scattering at convex obstacles
本研究通过实验追踪大肠杆菌野生型与光滑游泳突变体在微流控柱体处的散射，探究翻滚行为对细菌非平衡散射过程的作用，验证了相关扩散系数预测，并关联多孔介质游泳者研究。
2023-09-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Elasticity-driven collective motion in active solids and active crystals
我们介绍了一个简单的模型，自推进剂连接线性弹簧，没有明确的对齐规则。在临界噪声水平以下，代理自组织成一个集体平移或旋转组。我们推导了弹性薄板近似下平移态的解析稳定性条件。我们提出了一种基于弹性的机制，通过将自推进能量级联到低能模式来驱动收敛到集体运动。鉴于其简单性和普遍性，这种机制可以在各种生物和机器人群体中发挥相关作用。
2013-01-11 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Probing the role of mobility in the collective motion of non-equilibrium systems
通过系统地改变二维晶格中自推进粒子的迁移率，实验研究了粒子迁移率对系统集体运动的影响。由于缺乏能量均分，我们的系统本质上是非平衡的。通过构造空间涨落的协方差矩阵并求解其本征模，我们得到了系统不同大小的集体运动。有趣的是，我们的结构有序的非平衡系统表现出几乎相同的性质，无序的玻璃系统下热平衡：具有大的整体运动的模式是空间相关的和准本地化的，而具有小的集体运动的模式是高度本地化的，类似于玻璃中的低频和高频模式。更令人惊讶的是，在我们的非平衡系统中，随着移动粒子数量的增加，形成了一个类似于玻色子峰的峰，从动力学方面揭示了玻色子峰的可能起源。我们进一步说明，空间相关的大的运动模式可以通过高活性粒子的合作超过阈值分数，而本地化的小运动模式可以通过添加单独的非活性粒子创建。我们的研究澄清了集体运动中的流动性的作用，并进一步提出了一个有前途的可能性，扩展到非平衡系统的强大的模式分析方法。
2016-02-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Particle-based simulations of self-motile suspensions
本文研究了一种模拟主动悬架流动的简单模型。该方法是基于耗散粒子动力学。虽然该模型可能适用于广泛的自推进粒子系统，特定类别的自运动细菌悬浮液被认为是一个建模方案。为了模拟细菌的棒状几何形状，两个耗散粒子动力学粒子通过刚性谐波弹簧连接以形成聚集的耗散粒子动力学分子。细菌运动是通过一个恒定的自推进力沿每个这样的聚集分子的轴施加建模。该模型占自推进剂之间的流体动力学相互作用，通过成对的耗散相互作用传统的耗散粒子动力学。数值模拟使用定制版本的开源LAMMPS（大规模原子/分子大规模并行模拟器）软件包进行。详细研究了药剂浓度、成对耗散相互作用和斯托克斯摩擦对系统统计特性的影响。模拟被用来探索主动悬架中的流体动力学相互作用的影响。当介质浓度较高时，在两两耗散力的共同作用下，系统的运动模式和动能的谱分布呈现出强相关性，而Stokes摩擦力的作用下，系统的速度场呈现出较弱的空间相关性.这些结果表明，流体动力学相互作用可能在主动悬浮液中空间延伸结构的形成中起重要作用。
2013-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Phase behaviour of active Brownian particles: The role of dimensionality
最近，有很多兴趣在活动引起的相分离在浓悬浮液中的“活性布朗粒子”（ABPs），自推进的球形粒子的运动方向松弛，通过热旋转扩散。迄今为止，几乎所有这些研究都局限于二维。在这项工作中，我们研究活动引起的相分离在3D和比较结果与以前的和新的2D模拟。为此，我们对多达4000万个ABP进行了最先进的布朗动力学模拟-这样非常大的系统尺寸是不可避免的，以避免3D中的有限尺寸效应。我们的研究结果证实了图片建立的2D系统中，活动引起的相分离发生，强烈的类比平衡气-液旋节分解，尽管纯粹的非平衡性质的驱动力背后的相分离。然而，我们也发现2D和3D情况之间的重要差异。首先，相界的形状和位置对于两种情况是明显不同的。其次，对于3D粗化动力学，我们发现，根据经典的扩散$t^{1/3}$法，在2D中观察到的非标准的亚扩散指数的畴尺寸随时间增长。
2014-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
