Rectified Rotational Dynamics of Mobile Inclusions in Two-Dimensional Active Nematics
该研究探究二维活性向列相中移动内含物的动力学，发现手性齿轮形内含物可产生与附近+1/2拓扑缺陷相关的长期整流旋转，为探测活性向列相流变特性、提取有序运动提供新工具。
2023-01-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Theory of nematic and polar active fluid surfaces
我们推导出一个完全协变理论的流体动力学的极性和极性的活性表面，受到内部和外力和扭矩。本文研究了极曲面和非极曲面的对称性，发现除了5种不同类型的面内各向同性曲面外，极曲面和非极曲面还可分为5种极曲面、2种伪极曲面、5种伪极曲面和2种面内各向同性曲面。我们给出了我们已经确定的不同类型的表面的物理实现的例子。我们得到的表达式的平衡张力，力矩，和外力和扭矩作用在一个被动的极或曲面。我们计算的熵产生率使用热力学接近平衡的框架，并找到本构方程的极性和非极性表面具有不同的对称性。本文研究了受限平面手征极性有源层和对称性破缺的受限可变形极性有源表面的不稳定性。
2022-07-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Defect Dynamics in Active Polar Fluids vs. Active Nematics
拓扑缺陷在二维主动向列相中起着关键作用，在二维主动极性流体中起着瞬态作用。本文研究了强序极限和过阻尼可压缩流动条件下二维活性极性流体中缺陷的瞬态和长期行为，并将缺陷动力学与最近研究的相应活性向列相模型进行了比较。一个结果是非中心的缺陷对之间的相互作用，为活跃的极性流体，并通过扩展我们的分析，使定向动态的缺陷，我们发现，$+1$缺陷的方向，不像$\pm 1/2$缺陷在活跃的向列相，不锁定缺陷的位置和放松的星。此外，使用缩放参数，我们解释了瞬态功能的活性极性缺陷，并表明，在稳定状态下，活性极性流体是没有缺陷或由一个单一的星。我们认为，收缩（extensile）的积极主动的电子系统，$+1$涡（星）应该出现的一对$+1/2$缺陷，这是最近观察到的束缚态。此外，与极性的情况下，我们表明，对于活跃的向列相，一个线性链的$+1/2$缺陷对等间距的束缚态可以屏蔽的活动项。这两种模型的共同特征是稳态下出现$+1$缺陷（极性中的元素和极性中的复合）。
2020-09-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dispersion of activity at an active-passive nematic interface
有效的营养混合对于细菌菌落和其他生命系统的生存至关重要。这就提出了一个问题，即通过细菌群中出现活跃的湍流运动来优化混合是否在细菌形状的进化中发挥了作用。在这里，为了解决这个问题，我们解决的流体动力学方程的活性向列相耦合的对流扩散方程的营养物质。后者模拟了一个保守的活动领域，并模仿细菌群中营养物质的保护。在主动和被动相变之间的界面处，除了扩散之外，活性还通过界面流动进行传输，并进而通过主动应力对其进行修改。我们发现，界面分散的保守活动是subdiffusive由于出现了一个障碍的负缺陷的主动-被动界面，这阻碍了积极的积极缺陷的传播。此外，我们观察到的非单调依赖的广义扩散系数的排列参数，这是有关的粒子的形状。我们的模拟表明，有一个最佳的形状，最大限度地分散保守的活动在主动-被动的双金属界面。
2022-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Active nematic-isotropic interfaces on flat surfaces: effects of anchoring, ordering field and activity
本文研究了活性向列-各向同性界面受锚定、有序场和活性影响，发现活性界面存在被动类似和传播两种动态状态，并驱动非稳态界面。
2024-03-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Quadrupolar active stress induces exotic phases of defect motion in active nematics
本文数值研究四极活性应力对活性向列相缺陷运动的影响，发现其可诱导缺陷的极性与向列有序，并形成缺陷链和星形等新型自组织相。
2021-12-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Polar swimmers induce several phases in active nematics
在被动向列相中以溶致液晶形式游动的细菌是近年来研究中发现的一类新的活性物质，称为活液晶。还表明，液晶溶液是捕获和检测细菌的有希望的候选物。我们提出这样一个问题，是否可以为同样活跃的背景向列相设计类似的物质？因此，我们发展了一个极小模型的极性粒子的混合物中的活性向列相。结果发现，在这样的混合物中的活性向列相是高度敏感的极性粒子的存在下，并显示出形成大规模的更高的顺序结构的极性粒子密度相对较低。随着极性粒子密度的增加，发现了不同相的活性向列相，并观察到该系统表现出两个相变。第一个相变是从准长程有序的活性向列相到具有较大尺度结构的无序活性向列相的一级相变。当极性粒子的密度进一步增加时，系统过渡到第三阶段，其中极性粒子形成大的、相互对齐的簇。这些簇扫过整个系统，并在向列体中执行局部秩序。目前的研究可以帮助检测极低密度的极地游泳者在主动向线动物的存在，并可用于设计和控制主动向线动物的不同结构。
2021-08-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Spontaneous division and motility in active nematic droplets
本文研究了被各向同性牛顿流体包围的具有内部有序性的活性液滴的力学行为。使用数值模拟，我们表明，由于积极的压力和缺陷的几何形状的pronunciator之间的相互作用，该系统表现出两个活细胞的基本功能：自发分裂和运动，通过自生流体动力学流动。这些行为可以选择性地激活通过控制一个单一的物理参数，即，一个活跃的变量的毛细管数。
2013-10-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fingering Instability of Active Nematic Droplets
从有丝分裂纺锤体到组织和生物膜，许多生物系统表现为活跃的液滴，它们经常打破对称性并自发地改变形状。在这里，我表明，积极的微滴可以经历一个指法不稳定性。我认为一个活跃的流体，通过锚定在液滴界面，获得双秩序，我预测其形态稳定性的三个无量纲参数：锚定角，双秩序的渗透长度相比，液滴的大小，和一个活跃的毛细管数。具有伸展（收缩）应力和平面（垂面）锚定的液滴在临界活性或液滴尺寸以上是不稳定的。这种不稳定性本质上是界面性的：它是通过主动流动与界面运动的耦合而产生的，即使主动向列相的体不稳定性不能发生。与活性物质的动态特征不同，不稳定性可以产生静态指进模式。手指的数量随着活动而增加，但随着肌肉渗透长度而非单调变化。总的来说，这些结果可以帮助理解生物系统的自组织形状，并在活性材料中设计图案。
2022-02-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active nematic response to a deformable body or boundary: elastic deformations and anchoring-induced flow
本文用复变量方法解析二维活性向列相中线弹性物体的流动、指向矢、牵引力与形变，揭示活性应力和锚定条件诱导的效应及应力测量新思路。
2025-06-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Morphodynamics of Active Nematic Fluid Surfaces
在大变形极限条件下，建立了控制可变形曲面上主动粘性流体行为的形态动力学方程。重点放在制定的目标率，占正常的变形，同时确保切向流是欧拉，并使用的表面导数（而不是协变导数）的自由能，弹性耦合当地为了平面外弯曲的表面。专注于表面几何形状和它的动态相互作用与流体力学，几个说明性的不稳定性，然后表征。这些例子包括斯克里文-洛夫数及其近似的作用不可忽略的情况，以及主动的非线性强迫可以用Föppl-von-Kármán数的近似来表征的情况。对于前者，流动和变化的纹理耦合到表面几何形状的粘性耗散。结果表明，这导致在非平凡的松弛动力学的一个管。对于后者，在拉伸（主动起皱）和收缩（主动珍珠）的不稳定性的管形状，以及积极的弯曲不稳定性的拉伸自由能耦合到表面弯曲条款，在拉伸织构。与平面情况相比，这种弯曲不稳定性现在具有由管的非本征曲率设定的阈值。最后，我们研究了一个拓扑缺陷位于一个几乎平坦的表面上，并表明存在一个稳定的状态，缺陷的弹性，活动和不可忽略的自旋连接的组合驱动的表面形状的变化。
2023-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active sorting to boundaries in active nematic -- passive isotropic fluid mixtures
该研究用双流体模型探究活性向列-被动各向同性流体混合物的边界分选规律，发现活性流体拉伸/收缩特性与锚定方式共同决定边界聚集行为，机制源于向列序梯度，结果可经微管-驱动蛋白实验验证，或与生物体系边界分选相关。
2025-09-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Multi-defect Dynamics in Active Nematics
最近的实验和数值研究引起了人们对主动向列相动力学的关注。二维主动向列相流自发地表现出时空混沌流与扩散的拓扑缺陷的纹理。有人提出，主动向列相的动力学可以理解为相互作用的缺陷的动力学，由主动应力推动。以前的工作已经推导出有效的运动方程的个别缺陷作为准粒子移动的平均场所产生的其他缺陷，但一个有效的理论管理多缺陷动力学仍然遥不可及。在本文中，我们研究了强序极限和过阻尼可压缩流的二维主动向列动力学。活性诱导的缺陷动力学被制定为一个扰动的准静态织构明确参数化的缺陷位置的歧管。这使得有可能得到一组耦合的常微分方程缺陷（因此纹理）的动态。有趣的是，由于与单个缺陷相关的纹理的非正交性，它们的运动通过位置相关的“集体迁移率”矩阵耦合。除了熟悉的积极自我推进的$+1/2$缺陷，我们得到新的集体效应的活动，可以解释在非中央和非互惠的相互作用的缺陷。
2020-07-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
The role of advective inertia in active nematic turbulence
活性剂的悬浮液与湍流相互作用表现出复杂的时空动力学，如中尺度湍流。由于微观流动的雷诺数在单个介质的尺度上非常小，惯性效应通常被排除在主动湍流的连续介质理论之外。主动应力是否能够共同激发惯性流目前尚不清楚。为了解决这个问题，我们研究了一个二维连续理论的主动湍流。特别是，我们比较中尺度湍流和没有平流惯性的影响。我们发现，惯性效应可以影响流动已经接近发病的湍流状态，而且，引起大规模的流体运动的强主动驱动。详细分析的动能预算揭示了能量转移到大尺度介导的惯性平流。虽然这种转移与能量注入和耗散相比很小，但其影响会随着时间的推移而积累。在实验中通常存在的摩擦力可以补偿这种影响。研究结果表明，列入惯性和摩擦可能是必要的动态一致的理论，积极的湍流。
2021-07-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Director alignment at the nematic-isotropic interface: elastic anisotropy and active anchoring
向列相的活动驱动界面流动，导致优先排列，即切线或平面的可伸展系统（推）和垂直或垂面的收缩的（拉）。这种排列被称为主动锚定，并且已经报道了许多系统，并使用主动锚定流体动力学理论进行了描述。后者基于单弹性常数近似，即，它们假定潜在的被动磁致伸缩的弹性各向同性。然而，真正的向列相具有不同的弹性常数，这导致界面锚定。在本文中，我们考虑弹性各向异性的多相和多组分流体动力学模型的主动向列相和被动锚定的弹性各向异性驱动的界面之间的竞争进行调查。我们首先考虑平移不变性的系统，以分析在平坦界面的对齐，然后，考虑二维系统和主动微滴。我们调查的竞争的两种类型的锚定在很宽的范围内的其他参数，系统的特点。模拟结果表明，活跃的锚定占主导地位，除了在非常低的活动，当接口是静态的。此外，我们发现，弹性各向异性不影响的动力学，但改变的有效长度，成为各向异性。
2021-04-16 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Biphasic, Lyotropic, Active Nematics
我们进行动态模拟的两维活动的双流体与各向同性流体共存。滴的活性碳变得细长，和一个有效的锚定发展在向列型各向同性界面。这种活动也引起界面的波动不稳定性。这导致正拓扑电荷的缺陷被喷射到界面中，留下具有扩散负电荷的界面。淬灭活性溶致流体导致稳定状态，其中相分离域被拉长，然后通过主动搅拌被撕裂。
2014-12-16 cond-mat.soft
Machine Learning Forecasting of Active Nematics
活性向列相是一类远离平衡态的材料，其特征在于产生力的各向异性组分的局部取向顺序。传统的方法预测的动态活性向列相依赖于流体动力学模型，它准确地描述理想化的流动和许多稳态性能，但不捕捉某些详细的动态实验活性向列相。我们开发了一种深度学习方法，该方法使用卷积长短期记忆（ConvLSTM）算法来自动学习和预测活动向列体的动态。我们展示了我们纯粹的数据驱动的方法上的实验的2D无限制的活性向列的可伸展的微管束，以及从数值模拟的活性向列的数据。
2020-10-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Twist-induced crossover from 2D to 3D turbulence in active nematics
虽然二维活性向列相的研究已经揭示了活性物质的流态和拓扑结构的各个方面，但拓扑缺陷和混沌流的三维特性仍然没有被探索。通过限制在两个平行板之间的活动向列相的膜，我们使用连续模拟和分析参数来证明从准二维到三维混沌流的交叉是由向错线的形态控制的。对于小的板分离，主动湍流表现为准2D材料，具有跨越通道高度的直拓扑向错线，并有效地表现出2D主动湍流。在增加通道高度，我们发现一个交叉到3D混沌流由于扭曲的向错以上的临界活动。我们进一步表明，这些扭曲所产生的扭曲扰动产生急剧变化的曲率向错。
2018-06-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active turbulence in active nematics
密集的，活跃的系统显示活跃的湍流，一个状态的特点是流场是混乱的，不断变化的速度射流和漩涡。在这里，我们回顾我们目前对活跃湍流的理解。发展主要基于活性液晶的理论和模拟，但伴随着相关文献的总结。
2016-05-03 cond-mat.soft
Self-organization and shape change by active polarization in nematic droplets
细胞内发生的积极力量可以驱动涉及自发组织和形状变化的关键生物过程，如细胞分裂。最近在体外实验的细胞骨架丝和电机，自组织和分裂的微滴的动机，我们提出了一个最小的流体动力学模型，结合了非平衡动力学的电机丝的相互作用与平衡微相分离。马达在液滴内组织，并将细丝结构化成极化的星状缺陷。在大的运动活动中，它们甚至可以使液滴变形或分裂，或形成多星状液滴链。我们预测的相图概括了这些实验观察到的形状。
2021-02-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active nematic materials with substrate friction
密集活动系统中的活动湍流的特征在于在长度尺度上的高涡度，与单个实体相比，该长度尺度较大。我们描述了摩擦阻尼屏蔽动量传播的主动湍流特性。当摩擦力增加时，由于速度衰减得更快，在双曲指向矢场中的壁之间的间距减小。这导致，首先，一个政权与更多的墙壁和拓扑缺陷的数量增加，然后到一个堵塞的状态，其中的墙壁界定带相反的流动，类似于被动复杂流体中观察到的剪切带。
2014-12-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Deterministic endless collective evolvement in active nematics
提出了一个简单的确定性动力学方程，揭示了活动星系中空间密度不均匀性大尺度无限演化的机制。我们用解析的方法确定相区。密度、三阶星等和三阶指向矢的相互作用对于长波长的不稳定性和看似波动的集体运动的出现至关重要。有序的粒子场域，可以吸收粒子，无限生长，无限分裂。目前的发现扩展了我们对活性流体中大规模和看似波动的组织的理解。
2010-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Excitable Patterns in Active Nematics
我们分析了一个模型的相互推动的细丝悬浮在一个二维的溶剂。系统经历了一个平均场各向同性的转变足够大的灯丝浓度和的超导序参量被允许在空间和时间上变化。我们发现，非均匀的电介质的顺序，活动和流量之间的相互作用的结果在空间调制的弛豫振荡，类似于在可激发介质中看到的。在这种情况下，动力学由几乎静止的时期组成，这些时期被活动的“爆发”所分隔，在这些活动中，系统被弹性扭曲，溶剂被泵送通过。在更高的活性下，动力学变得混乱。
2010-11-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spectral energy analysis of bulk three-dimensional active nematic turbulence
本文采用连续介质数值模拟方法对三维块状主动湍流进行了能谱分析。具体来说，我们计算的两个主要的能量贡献-动能和弹性能-的频谱，并结合这与几何分析的三阶和流场，基于直接缺陷跟踪和计算的自相关。我们发现，积极的反弹性能量集中在相应的规模的有效缺陷-缺陷分离，缩放活动为$\simζ^{0.5}$，而动能是最大的，通常是几个100 μ m的相关长度在较大的尺度。向列双轴性被证明在大多数长度尺度上对主动湍流没有作用，但在主动缺陷核尺寸尺度上可以影响一个数量级的非线性弹性能量。探讨了外部对准场对3D主动湍流的影响，显示了从有效主动湍流到对准状态的过渡。这项工作的目的是提供一个贡献，了解活跃的湍流在一般的三维，从主要的能源相关机制的角度在不同的长度尺度的系统。
2020-09-14 cond-mat.soft
Instabilities, defects, and defect ordering in an overdamped active nematic
我们考虑一个唯象连续理论的可扩展的，过阻尼的主动液晶，适用于在密集的制度。从一般原理构建，理论是普遍的，与任何特定的微观实现独立的参数。我们发现，它表现出弯曲不稳定性类似于在主动悬架，导致扩散的缺陷。我们发现三个不同的非平衡稳态：一个缺陷有序的双极型，其中$+\frac{1}{2}$向错发展极序，一个起伏的双极型状态，没有缺陷，和一个动荡的缺陷双极型。我们表征这些阶段的现象学，并确定这种理论描述的关系，实验实现和其他理论模型的活性向列相。
2015-06-10 cond-mat.soft
Spontaneous Self-Constraint in Active Nematic Flows
本研究揭示活性向列流中缺陷被自发约束于黏度测量表面，形成双向自约束，为理解活性湍流与设计仿生材料提供新框架。
2023-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Experimental identification of force, velocity, and nematic order relationships in active nematic cell monolayers
本研究实验证明细胞牵引力与向列序张量梯度全局对齐且成正比，并提出含非线性力与扩散项的流动模型，揭示活性力增强密度不稳定性但抑制弯曲不稳定性，从而解释神经祖细胞培养中聚集与分散共存而有序图案稳定的现象。
2024-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active nematic gels as active relaxing solids
我提出了一个连续的理论，活性凝胶，定义为流体或悬浮液的定向棒状物体赋予主动动力学，这是基于对称性参数和热力学的兼容性。出发点是我们最近的理论，模型（被动）液晶作为松弛弹性体。粘弹性响应和微观成分的主动动力学之间的相互作用自然被考虑在内。与标准理论相比，活性不是作为应力张量的附加项引入的，而是作为外部重塑力加入的，它与被动松弛动力学竞争，并将系统从平衡中拖出来。在一个简单的一维通道的几何形状，我们表明，非均匀的有序和活动之间的相互作用的结果，无论是在一个自发的粒子流或自组织成子通道，在相反的方向流动。
2017-10-31 cond-mat.soft
Density Induced Phases in Active Nematic
我们引入一个极小模型，研究了二维基底上一系列自推进的非极性活性粒子（也称为“活性向列体”）随密度变化的有序-无序转变。粒子与它们的邻居在Lebwohl-Lasher模型的框架内相互作用，并沿着它们的方向不对称地移动到最近的未被占据的晶格位置。当密度低于平衡态各向同性-带状转变密度时，活性碳发生从各向同性态到带状态的一级转变。带状态在一定的密度范围内延伸，系统的标量序参量表现出类似于磁系统的平台行为。在大密度极限下，激活态表现出介于具有整体有序性的均匀有序态和具有局部有序性的非均匀混合态之间的非线性行为。对上述具有密度变化的阶段的研究很少，并且对许多生物系统的复杂行为提供了重要的见解。
2015-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Defect order in active nematics on a curved surface
本文研究了非本征曲率对限制在圆柱表面的二维主动湍流的影响。圆柱表面没有内曲率，只有外曲率。在这种情况下，平行于圆柱体的长轴的最小主曲率会对非本征曲率做出反应。当向列相足够活跃时，取决于活跃应力的性质，存在由弯曲或张开不稳定性引起的缺陷扩散。圆柱体的外在曲率破坏了这一过程的旋转对称性，这意味着缺陷是平行于圆柱体还是垂直于圆柱体产生的，这取决于活动的圆柱体是收缩的还是伸展的。
2020-02-15 cond-mat.soft
Motor crosslinking augments elasticity in active nematics
本研究结合实验和多尺度建模，揭示了马达和被动交联剂对丝的交联主导向列相弹性，马达速度与交联竞争导致流动非单调依赖，为活性材料设计提供新见解。
2023-08-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Emergence of active nematics in bacterial biofilms
生长的组织和细菌菌落是活性物质系统，其中细胞分裂和细胞运动产生活性应力。虽然它们在非平衡状态下运行，但这些生物系统可以形成大规模的有序结构，如向列排列的细胞、拓扑缺陷和指状结构。机械不稳定性也发挥了重要作用，在增长过程中产生大的结构折叠。活性物质动力学和机械不稳定性如何一起在生长的组织中形成大规模的秩序还没有很好的理解。在这里，我们使用链形成枯草芽孢杆菌，也被称为生物膜，研究主动应力和生物有序之间的直接关系。我们发现，细菌生物膜具有内在的长度尺度以上的一系列机械不稳定性发生。局部应力和摩擦控制线性屈曲和边缘不稳定性。值得注意的是，这些不稳定性发展向列对齐的细胞结构，并创建对运动和静止的拓扑缺陷。我们还观察到，整个生物膜的应力分布强烈依赖于缺陷的动力学，可以进一步启动形成的孢子形成位点，通过创建三维结构。通过研究细菌生物膜的形成及其力学不稳定性，我们提出了一种新型的活性物质系统，该系统为研究向列体在生物组织生长中的重要作用提供了一个独特的平台。
2018-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mesoscopic Simulations of Active-Nematics
本文提出一种基于多粒子碰撞动力学的介观算法（AN-MPCD），用于模拟活性向列相，通过引入偶极活性，该算法兼具活性向列湍流特征和粒子模型属性，可连接微观与连续介质描述，支持复合活性-被动系统模拟。
2022-06-23 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Active nematic-isotropic interfaces in channels
本文利用数值模拟方法研究了受限有源液晶中各向同性（I）相与非各向同性（N）相界面的流体力学行为。在低活性下，观察到具有恒定形状和速度的稳定界面分离两相。对于垂面通道中的向列相，NI过渡处的界面速度从零开始增加（i）与收缩系统的活性成线性关系，（ii）与伸展系统成二次关系。有趣的是，由于界面处的作用力，向列相对于收缩系统会膨胀，而对于伸展系统则会收缩。由于活动和温度都影响的稳定性，在稳定制度的活性向列相的温度可以被调谐到观察静态界面，提供了一个操作定义的共存的活性向列相和各向同性相。在更高的活动，超出稳定的政权，观察到的界面不稳定性的可伸展向列相。在这种状态下，缺陷在界面处成核并远离界面，这些缺陷的动力学是有规律的，并且在有限的活动范围内渐近持续。我们使用了改进的混合模型的有限差分和格子玻尔兹曼方法与多弛豫时间碰撞算子，其精度允许我们来表征不同的界面制度的动力学。
2019-07-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Colloids in Two-Dimensional Active Nematics: Conformal Cogs and Controllable Spontaneous Rotation
该研究利用共形映射分析浸入二维活性向列相中的倾斜锚定圆盘与手性齿轮，揭示自发推进、取向依赖手性和持续旋转机制，并给出可控旋转胶体的设计原则。
2023-07-11 cond-mat.soft
Propagation of active nematic-isotropic interfaces on substrates
受细菌粘质沙雷氏菌群的主动-被动界面繁殖结果的启发[Nat. Comm.，9，5373（2018）]我们使用流体动力学多相模型来研究活性向列相在基底上的界面的传播。我们的特点是活跃的阶段的模型，并讨论其描述的统计动力学的群集。我们发现，速度关联函数和能量谱的活动湍流阶段的模型规模与活动长度，为一系列的活动。此外，能谱表现出两个幂律制度的指数接近其他模型和细菌群的报道。虽然光谱的上升分支（小波矢量）的指数似乎与活动无关，但衰变的指数随活动系统地变化，尽管缓慢。我们还描述了圆形和扁平的主动-被动接口的传播。我们发现，圆形被动域的关闭时间与活动的平方衰减和平坦的接口的结构因子是类似的报道群，与活动相关的指数。最后，研究了衬底摩擦对薄膜性能的影响。我们发现了一个依赖于活动的阈值，在该阈值之上，湍流的活动的活动的微扰形成孤立的岛屿，收缩，直到系统变得各向同性和低于该阈值的活动的微扰扩展，与一个定义良好的传播接口。界面可以通过摩擦梯度停止。
2019-11-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Phase Separation and Emergent Structures in an Active Nematic
我们考虑一个唯象连续模型的一个积极的非线性流体和显示一个普遍的，模型独立的，不稳定性，使均匀的非线性状态不稳定的秩序波动。使用数值和分析工具，我们表明，在临界点附近的低能量激发，这种不稳定性导致相分离，其中有序区域形成带的方向是垂直于密度梯度的方向。我们认为，这种机制相分离，我们称之为自我调节，是一个普遍的功能，活性流体。
2014-09-03 cond-mat.soft
Inverse Measurements in Active Nematics
针对含活性元素的向列相系统，提出仅基于显微图像联合估计多物理场的逆问题框架，通过边界合规性确保准确性，其新型测量为边界感知系统设计提供见解，揭示边界剪切应力与拓扑缺陷成核的关联等关键发现。
2024-11-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Multiscale Microtubule Dynamics in Active Nematics
在基于微管的主动向列学中，马达驱动的微管束的伸展运动为混沌大尺度动力学提供动力。我们量化的丝间滑动运动在孤立的束和在一个密集的活跃的纤维束。一个孤立的微管对的延伸速度与分子马达的步进速度相当。相比之下，在密集的2D主动向列的净延伸是显着较慢，丝间滑动速度广泛分布的平均值和长丝表现出收缩和伸展相对运动。这些测量结果突出了将孤立束的延伸率与密集的2D主动神经元中存在的多电机和多细丝相互作用连接起来的挑战。它们还提供了构建多尺度模型所必需的定量数据。
2021-09-13 cond-mat.soft
Active nematics on flat surfaces: from droplet motility and scission to active wetting
基于连续流体动力学理论，研究了平坦表面上活性向列相液滴的动力学，发现活性与活性毛细管数控制液滴自驱动、分裂、活性润湿和蒸发等状态，为表面液滴动力学提供了统一的全局描述。
2023-09-08 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Geometry and topology of turbulence in active nematics
本文从理论上讨论了活性微扰流体的低雷诺数湍流问题。使用数值模拟，我证明了一个不可压缩的湍流，在二维主动向列，由一个合奏的涡的面积呈指数分布的尺度范围内。在此基础上，我建立了一个主动湍流的平均场论，通过它可以解析地计算几个可测量的量，包括谱密度和关联函数。由于流动的几何形状和拓扑性质之间的深刻的联系，该理论揭示了导致活跃的向列相的拓扑缺陷的扩散的机制，并提供了一些可检验的预测。一个假设，灵感来自Onsager的统计流体力学，最后介绍了占平衡概率分布的旋涡大小。
2015-08-03 cond-mat.soft
On the temperature of an active nematic
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Dutch Institute for Emergent Phenomena（荷兰涌现现象研究所）；Institute for Advanced Study, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学高等研究院）；Niels Bohr International Academy, The Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所尼尔斯·玻尔国际学院）
研究活性向列体局部温度，发现机械敏感性导致温度相关性不受活动影响，但剪切和扭转引起不均匀温度分布，成为活动的热特征。
2025-06-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech hep-th
Active nematic flows on curved surfaces
细胞单层是组织生物物理学的中心模型系统。在体内，上皮组织的弯曲程度为微米级，而曲率在自发组织流动中的作用仍然没有得到很好的理解。在这里，我们提出了一个流体动力学理论的顶部-底部不对称的活性凝胶在一个弯曲的条。我们表明，表面曲率定性地改变单层运动相比，平坦的空间：由此产生的流量可以是无阈值的，和运动的过渡可能会从连续到不连续的变化。表面曲率，摩擦力和主动牵引力都显示出控制所选择的流动模式：从简单的剪切到涡链。
2022-03-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Viscoelastic confinement induces periodic flow reversals in active nematics
该研究通过线性稳定性分析和混合格子玻尔兹曼模拟，发现粘弹性通道约束下的活性向列相在低弹性模量阈值下会产生带周期性流动反转的自发振荡，并给出相图与机制解释，为活性物质调控研究提供新方向。
2023-07-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamical Swirl Structures Powered by Microswimmers in Active Nematics
本文通过数值模拟研究极性微型游动体对活性向列相的影响，发现中等运动能力下会诱发宏观旋涡结构并降低有序度，其机制可解释为时空关联有色噪声促进弯曲不稳定性，为基于运动特征的病原体识别提供了新思路。
2024-07-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Correlation lengths in hydrodynamic models of active nematics
我们研究的缩放与活动的紧急长度尺度控制的非平衡动力学的活性液晶，使用两个流行的流体动力学模型，已在以前的研究中。在这两个模型中，我们发现，在充分发展的主动湍流的制度的混沌时空动力学是由一个单一的活动规模所确定的主动和弹性应力的平衡，无论主动应力是伸缩性的性质。观测到的动能和拟能与活动的比例与我们的单长尺度论证和简单的量纲分析是一致的。我们的研究结果提供了一个统一的理解，在以前的文献中的明显差异，并表明，基本的物理模型的选择是强大的。
2016-09-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Statistical Properties of Autonomous Flows in 2D Active Nematics
我们研究了一个可调的二维有源液晶的动力学微管和驱动蛋白马达组成的限制在油-水界面。驱动蛋白马达通过ATP水解向系统中持续注入机械能，为相邻微管的相对微观滑动提供动力，从而产生宏观尺度的自主流动和混沌动力学。我们使用粒子图像测速技术来量化二维流动的主动向列相，并提取其统计特性。与流体动力学理论一致，我们发现包含混沌流的涡旋区域呈指数分布，这使我们能够提取特征系统长度尺度。我们探测这个长度尺度对ATP浓度的依赖性，ATP浓度是调节主动应力大小的实验旋钮。我们的数据表明，ATP浓度和主动应力之间的映射是基于Michaelis-Menten动力学，管理个别驱动蛋白电机的运动。
2019-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Friction mediated phase transition in confined active nematics
本文通过最小连续介质模型研究了受限活性向列相中圆形约束与基底摩擦的相互作用，发现随摩擦增加系统发生从环流相到各向异性流相的动力学相变，证明摩擦与几何约束是活性向列相的重要控制参数。
2023-10-25 cond-mat.soft
Do active nematic self-mixing dynamics help growing bacterial colonies to maintain local genetic diversity?
最近的研究表明，包装的细胞，无论是真核细胞组织和生长或群集的细菌菌落，往往可以被理解为积极的体液。体积守恒的主动混沌模型系统的一个关键性质是混沌自混合，其特征在于运动的拓扑缺陷。然而，对于由生长而不是运动驱动的活性向列相，关于混合和缺陷运动的了解较少。混合可以通过抵消空间分离成单克隆扇区的趋势来影响细菌菌落的进化结果，这降低了局部遗传多样性并将亚群之间的竞争限制在相邻扇区之间的边界。为了研究生长驱动的活性微生物物理学是否会影响这种遗传分层过程，我们进行了基于代理的模拟生长，分裂和空间排斥各种纵横比的杆状细菌，我们分析菌落形态使用的工具从软物质物理学和种群遗传学。我们发现，尽管可测量的缺陷自推进生长驱动的主动向列相，径向膨胀流防止混沌混合。即便如此，在生物学相关的细胞纵横比，自混合是更有效的生长活性向列细胞的杆状细胞相比，各向同性的圆形细胞集落的增长。这表明了与活跃的生物动力学相关的潜在进化后果。
2022-05-10 cond-mat.soft q-bio.PE
Dancing disclinations in confined active nematics
集体流动的自发出现是活性流体的一般性质，并且通常导致其取向场中的以漩涡、射流和拓扑向错为特征的混沌流型。然而，实现结构化流动和有序向错的能力在主动系统的设计和控制中是特别重要的。通过限制在一个通道内的活动流体，我们发现一个有规律的运动的向错，结合一个定义良好的和动态的涡旋晶格。当成对的移动向错穿过通道时，它们不断地交换伙伴，产生一种动态的有序状态，让人想起Ceilidh舞蹈。我们预计，这种仿生能力，自组装有组织的拓扑向错和动态结构的流场在工程几何形状将铺平道路，建立新的主动拓扑微流体设备。
2017-03-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Topological structure and dynamics of three dimensional active nematics
点状能动拓扑缺陷控制着从摇动的颗粒棒到细胞单层的各种二维活性向列相的普遍动力学。在更高的维度上，类似的理解还没有出现。我们报道了通过在被动胶体液晶中分散可伸展的微管束来创建三维主动向列相。光片显微镜揭示了毫米级结构的活性向列相与一个单一的束分辨率和时间演变的相关的双指向矢字段。三维活性向列相的主导激发是扩展的电荷中性向错环，其经历复杂的动力学和复合事件。这些研究引入了一类新的非平衡系统，其类似于混沌的动力学来自内部产生的主动应力，混沌流和组成缺陷的拓扑结构之间的相互作用。
2019-09-03 cond-mat.soft
Nonlinear spontaneous flow instability in active nematics
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；UBICS (University of Barcelona Institute of Complex Systems)（巴塞罗那大学复杂系统研究所）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；TU Dresden（德累斯顿工业大学）；Collège de France（法兰西公学院）；Institut Curie（居里研究所）；Université Paris Sciences & Lettres (PSL)（巴黎文理研究大学）
研究揭示了活性凝胶中即使线性稳定状态下也可能出现非线性不稳定性，导致自发流的不连续转变，通过弱非线性分析和数值研究，展示了条纹图案的分支图，并证明了pitchfork分支从超临界到亚临界的变化。
2024-03-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Environment-stored memory in active nematics and extra-cellular matrix remodeling
本研究针对活性系统与环境相互作用时的向列序问题，从理论上提出环境存储记忆可作为排列活性向列相的有效外场，解释了细胞外基质重塑对细胞及基质排列、畴范围的调控作用，与实验结果相符。
2024-05-09 cond-mat.soft
Defects in active nematics: algorithms for identification and tracking
对活性向列相的日益增长的兴趣和生物学中拓扑缺陷相关性的新证据要求可靠的数据分析工具来识别、分类和跟踪模拟和显微镜数据中的此类缺陷。在这里，我们提供这样的工具，并证明了两个例子，在一个活跃的湍流状态，在一个活跃的线虫动力学模型和新兴的多相场模型，缺陷速度的统计数据与实验结果进行比较的可能性。所考虑的工具，这是基于物理和数据驱动，相互比较。
2020-02-07 cond-mat.soft
