Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulations of Depletion-Induced Interactions for Soft Matter Systems
鉴于生物和其他软物质系统中普遍存在的耗尽效应，需要有适合于复杂系统研究的粗粒度分子动力学模拟方法。本文探讨了使用两个常见的截断Lennard-Jones（WCA）的潜力来描述一对胶体粒子在热浴的消耗剂。移位WCA模型是两个排斥势考虑的陡峭，而组合WCA模型是软的。据发现，耗尽引起的井深度的组合WCA模型是显着更深的比移位WCA模型，因为由此产生的重叠的胶体产生额外的可访问的体积耗尽。对于移动和组合WCA模拟，胶体之间的第二维里系数和对势被证明是很好的近似形态热力学（MT）模型。该协议表明，存在的depletants可以准确地模拟在MD模拟隐式地包括他们通过简单的，分析MT形式耗尽诱导的相互作用。虽然这两个WCA潜力被认为是有效的通用粗粒度模拟方法研究复杂的软物质系统中的耗尽效应，组合WCA是更有效的方法，因为耗尽效应在较低的耗尽剂密度增强。研究结果表明，对于软物质系统，更好地模拟与一些压缩性的潜力，从硬球系统的预测可能会大大低估了在一个给定的耗尽密度耗尽效应的大小。
2014-08-01 cond-mat.soft
Equilibrium route to colloidal gellation: mixtures of hard sphere-like colloids
为了研究耗尽驱动胶体混合物中动力学停滞和相分离之间的相互作用，计算了大尺寸比硬球混合物的双结点线和非遍历线.类似于硬核加短程有效吸引的情况，在这种混合物中可以发生物理凝胶化而不与流体相分离竞争。这种行为，由于在耗尽电位的振荡应涉及所有简单的混合物与非理想的耗尽剂，证明其动力学性质的进一步研究。
2008-11-17 cond-mat.soft
Simulating the Entropic Collapse of Coarse-Grained Chromosomes
消耗力在简单细胞中染色体物质的压实和去压实中起作用，但它们是否足以解释染色体塌陷仍有争议。我们提出了粗粒度的分子动力学模拟，这表明，耗尽诱导的吸引力是足以导致一个大的结构单体的柔性链的崩溃沉浸在一个浴较小的depletants。这些模拟使用了一个显式的粗粒度计算模型，将超螺旋DNA结构单体和较小的蛋白质拥挤剂视为组合的截断Lennard-Jones球体。通过提出一个简单的理论模型，我们定量地铸造作为一种有效的溶剂质量的expletants超螺旋细菌DNA的行动。模拟柔性染色体在预测的耗尽体体积分数下的快速崩溃是一个连续的相变。这种简单的染色体模型的额外的物理效应，如结构单体或链刚性之间的相互作用，需要如果崩溃是一个一级相变。
2014-11-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Influence of Polymer Shape on Depletion Potentials and Crowding in Colloid-Polymer Mixtures
耗尽引起的胶体-聚合物混合物中的胶体之间的相互作用的范围和强度取决于大小，形状和浓度的耗尽剂。胶体的拥挤反过来会影响聚合物线圈的形状，例如生物细胞中的生物聚合物。通过模拟硬球胶体和随机行走聚合物，建模为波动椭球，我们计算耗尽诱导电位和聚合物的形状分布。通过与精确的密度泛函理论计算、分子模拟和实验结果的比较，我们发现聚合物的形状波动在耗尽和拥挤现象中起着重要的作用。
2015-12-31 cond-mat.soft
Molecular-Brownian Correspondence in the Hard-sphere Dynamic Universality Class
我们进行了系统的模拟实验与软球排斥相互作用的模型系统，以测试具有相似的静态结构的软球液体之间的预测动态等效性。为此，我们比较了模拟动力学（均方位移，中间散射函数，α-弛豫时间等）。不同的软球系统，在它们之间和与硬球液体。然后，我们表明，所提到的动态等价性不依赖于（牛顿或布朗）性质的微观法律的运动的组成粒子，因此，独立适用于胶体和原子简单的液体。此外，我们验证了另一个最近提出的动力学等价性，这次是布朗流体及其相应的原子液体的长时间动力学之间的等价性（即，具有相同相互作用势的原子系统）。
2013-09-03 cond-mat.soft
Hydrodynamic Coupling of Two Brownian Spheres to a Planar Surface
我们描述了直接成像测量的集体和相对扩散的两个胶体球附近的平板。边界曲面修改球体的动力学，即使在几十个半径的分离。这种行为被捕获的stokeslet分析的流体流动驱动的球体和壁的无滑移边界条件。特别是，这种分析揭示了令人惊讶的不对称性，在正常模式对扩散附近的平坦表面。
2000-03-20 cond-mat.soft
Coarse-grained depletion potentials for anisotropic colloids: application to lock-and-key systems
当胶体与诸如非吸附聚合物的消耗剂混合时，人们观察到胶体颗粒之间的吸引有效相互作用。如果这些粒子是各向异性的，这些有效的相互作用的分析是具有挑战性的。我们提出了一种推断近似（粗粒度）有效的相互作用势等各向异性粒子之间的方法。使用的例子缩进（锁和钥匙）胶体，我们展示了如何数值解可以用来整合出（硬球）耗尽剂，导致耗尽电位，准确地表征有效的相互作用。该方法的准确性是基于匹配的贡献的第二维里系数的胶体。我们的方法的最简单的版本产生一个分段常数有效的潜力，我们还展示了如何将此计划可以推广到其他功能的形式，在适当的情况下。
2016-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase behavior of active Brownian disks, spheres, and dumbbells
本文给出了活动布朗粒子相图的高精度估计。我们提取共存的密度从模拟的相分离状态在一个细长的盒子（平板几何），最大限度地减少有限尺寸的影响，并允许精确确定点的双节点线。利用这种方法，我们研究了形状和维数对两相区的影响。活性球和哑铃的活性粒子进行比较，以已知的相图的活性布朗盘。在二聚体的情况下，相关和不相关的两个珠子的推进进行了研究。通过一个简单的映射讨论了相关性的影响。
2016-11-03 cond-mat.soft
Clusters in sedimentation equilibrium for an experimental hard-sphere-plus-dipolar Brownian colloidal system
在这项工作中，我们使用的结构和动力学的沉降平衡，在重力的存在下，检查，$via$共聚焦显微镜，布朗胶体系统中存在的外部电场。零场状态方程（EOS）是硬球状态方程，没有颗粒尺寸的重新标度，流体动力学对长时间自扩散系数的修正与硬球状态方程的期望值在数量上是一致的。注意确保无量纲引力能（相当于佩克莱数$Pe_g$）和偶极强度$Λ$都是单位阶数。在外部电场的存在下，各向异性的链链簇的形式，这种团簇形成表现出本身与一个平台的外观时，无量纲的偶极强度$Λ\sim 1$的扩散系数。这种链-链簇状态的结构和动力学检查两个粒径的单分散系统。
2015-07-30 cond-mat.soft
Superadiabatic dynamical density functional study of Brownian hard-spheres in time-dependent external potentials
本研究采用超绝热动力学密度泛函理论，无需拟合参数或模拟输入，直接预测含时外势下布朗硬球系统的单体密度演化，并与绝热DDFT和布朗动力学模拟对比，验证其准确性。
2023-06-22 cond-mat.soft
Bulk dynamics of Brownian hard disks: Dynamical density functional theory versus experiments on two-dimensional colloidal hard spheres
利用动力学密度泛函理论（DDFT），从理论上研究了硬盘的布朗自扩散和结构弛豫，并与准二维胶体硬球的实验结果进行了比较.为此，我们计算的自我和不同的van Hove关联函数，最近提出的DDFT三维系统的方法扩展到二维。我们发现，van Hove函数的自身部分和不同部分的理论结果与实验在相对较高的流体填充分数（约0.60）下具有非常好的定量一致性。然而，在更高的密度下，实验和理论方法之间的偏差变得清晰可见。在实验中，当填充分数增加时，短时间的自扩散行为强烈地受到流体动力学效应的影响，并导致各自的均方位移显著降低。与此相反，并根据以前的模拟研究，本DDFT忽略流体动力学效应，显示没有依赖于颗粒密度为这个量。
2018-02-26 cond-mat.soft
Rheology of confined non-Brownian suspensions
本文采用直接数值模拟方法研究了平面库埃特流中中性浮力刚性单分散球受限悬浮液的流变特性。我们发现，如果通道的宽度是球体直径的（小）整数倍，则球体自组织成彼此滑动的二维层，并且悬浮液的有效粘度显著降低。每个二维层被发现在结构上是液体状的，但它们的动力学在时间上是冻结的。
2015-06-29 cond-mat.soft
Measurement of the hydrodynamic forces between two polymer-coated spheres
布朗球之间的流体动力学力的测量相关的热波动的粒子位置使用一种新的方法，两粒子互相关光谱（TCS）。使用光学陷阱将一对1.3 μ m直径的聚合物涂覆的聚（甲基丙烯酸甲酯）保持在2 μ m和20 μ m之间的间隔。迁移率张量直接从两个球的纵向平均布朗涨落确定。所观察到的迁移率张量的距离依赖性与低雷诺数计算定量一致。
2000-12-14 cond-mat.soft
The van Hove distribution function for Brownian hard spheres: dynamical test particle theory and computer simulations for bulk dynamics
我们描述了一种基于动力学密度泛函理论（DDFT）的测试粒子方法，用于研究构成流体的粒子的相关时间演化。我们的理论提供了一种方法来计算的van Hove分布函数治疗的两个组成部分的二元流体混合物，与“自我”的组件只有一个粒子，“不同”的组件组成的所有其他粒子，并使用DDFT计算的时间演化的密度分布的两个组件。我们将这种方法应用到一个散装流体的布朗硬球，并比较结果的van Hove函数和中间散射函数从布朗动力学的计算机模拟。我们发现，在低密度和中等密度下，使用非常简单的Ramakrishnan-Yussouff [Phys.Rev.B19，2775（1979）]近似的过剩自由能泛函，我们发现了很好的一致性。由于DDFT是基于平衡亥姆霍兹自由能泛函，我们可以探测的自由能景观的动力学基础。在平均场近似，我们发现，随着粒子密度的增加，这个景观开发的最小值，而一个模型的严格治疗局限的情况表明，遍历流体的景观应该是单调的。我们讨论了可能的影响缓慢，玻璃和逮捕的动力学在高密度。
2010-10-11 cond-mat.soft
Mean joint residence time of two Brownian particles in a sphere
我们计算的平均联合停留时间的两个布朗粒子在一个球，非常一般的初始条件。特别是，我们专注于此停留时间的依赖性作为两个粒子的扩散系数的函数。我们的结果可以用于描述双分子扩散控制的催化位激活反应的动力学。
2005-10-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian Dynamics of a Sphere Between Parallel Walls
我们描述了直接成像测量胶体球的两个平行表面之间的扩散。这个看似简单的流体动力学耦合系统的动力学已被证明难以分析。一个封闭的球体的流体动力学流动性的近似公式的比较显示出良好的协议，无论是领先的顺序叠加近似，以及更一般的所有图像斯托克斯分析。
2000-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of collective molecular reorientations on Brownian motion of colloids in nematic liquid crystal
在布朗运动的最简单实现中，胶体球在各向同性流体中随机运动;其均方位移（MSD）随时间线性增长$\textitτ$。在取向有序流体中的布朗运动是各向异性的，MSD沿着分子取向的轴（称为指向矢）较大。我们发现，在短时间尺度下，在一个微扰的各向异性扩散也变得异常，与MSD增长慢（亚扩散）和更快（超扩散）比$\textitτ$。异常扩散发生在对应于球周围的指向矢变形的弛豫时间的时间尺度上。一旦熔体熔化，扩散就变成正常的和各向同性的。实验表明，长程取向有序的形变和涨落深刻地影响着扩散机制。
2013-11-11 cond-mat.soft
Multicomponent adhesive hard sphere models and short-ranged attractive interactions in colloidal or micellar solutions
我们调查的粘性参数$t_{ij}=1/(12τ_{ij})$的依赖性-其中$τ_{ij}$是传统的巴克斯特参数-溶质直径$σ_{i}$和$σ_{j}$在多组分粘性硬球（SHS）模型的介观中性粒子的流体混合物。各种简单但现实的相互作用势，在文献中使用的模型\textit{short-ranged attractions}存在于真正的解决方案的胶体或反胶束，进行了审查。我们认为：i）范德华吸引力，ii）硬球损耗力，iii）聚合物包覆的胶体，iv）溶剂化效应（特别是油包水微乳液的反胶束之间的疏水键合和吸引力）。我们映射到一个等效的SHS模型，通过要求第二维里系数的平等，这些潜力。主要的发现是，对于大多数考虑的潜力，大小依赖的$t_{ij}(T,σ_{i},σ_{j})$可以近似由基本上相同的表达式，即一个简单的多项式变量$σ_{i}σ_{j}/σ_{ij}^{2}$，系数取决于温度$T$，或-耗尽相互作用-上的填充分数$η_{0}$的耗尽粒子。
2006-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamic Decay and Superadiabatic Forces in the van Hove Dynamics of Bulk Hard Sphere Fluids
利用事件驱动的布朗动力学模拟和动态测试粒子理论研究了布朗硬球的van Hove函数的动力学衰减。相关的衰变机制包括自粒子的去禁闭、相关壳层的衰变和壳层漂移。Lennard-Jones系统的结果比较表明，这些机制的一般性致密过阻尼液体。在Rosenfeld泛函的基础上，采用自相互作用修正的动力学密度泛函理论.超绝热力分析使用最近的功率泛函近似。幂函数产生一个修改后的爱因斯坦长时间的自扩散系数与模拟数据吻合得很好。
2022-03-19 cond-mat.soft
Predictive local field theory for interacting active Brownian spheres in two spatial dimensions
我们提出了一个预测的局部场论的非平衡动力学相互作用的活性布朗粒子的球形在两个空间维。该理论是通过严格的粗粒化从描述单个粒子轨迹的朗之万方程开始推导的。为了理论的最大精确性和一般性，它包括构型的序参量和导数直到无限阶。此外，我们讨论了可能的近似的理论，并提出简化模型，更容易应用。我们表明，我们的理论包含流行的模型，如活跃的模型B +作为特殊情况下，它提供了明确的表达式发生在这些和其他的，往往是现象学的，模型的系数。作为进一步的结果，该理论产生的密度依赖的平均游泳速度的颗粒的解析表达式。为了证明新理论的应用，我们分析了一个简单的简化模型的最低非平凡阶的衍生物，这是能够预测发病的运动诱导相分离的粒子。通过线性稳定性分析，得到了运动诱导相分离所对应的旋节线的解析表达式。这个表达式的情况下，粒子相互作用排斥的Weeks-Chandler-Anderson潜在的评估。与这些粒子相关的旋节线的分析预测被发现是在非常好的协议与布朗动力学模拟的结果是基于相同的朗之万方程作为我们的理论。此外，我们的分析结果所预测的临界点与最近的计算结果从文献中吻合得很好。
2019-09-08 cond-mat.soft
Complex oscillatory yielding of model hard sphere glasses
本文通过探讨不同振荡频率下布朗运动与剪切诱导扩散的相互作用，研究了硬球玻璃在大振幅振荡剪切下的屈服行为。应力、结构和动力学之后是实验流变学和布朗动力学模拟。布朗运动辅助笼逃逸占主导地位，在低频率，而逃逸通过剪切诱导碰撞在高的，都与\ $G^{\prime \prime}$的屈服峰。在中频一个新的，HS玻璃，在$G^{\prime \prime}$双峰揭示反映两种机制。在高频率和应变振幅下，持续的结构各向异性导致应变反转后循环内的应力下降，而较高的应力谐波在某些应变振幅下最小化，表明明显的谐波响应。
2013-02-06 cond-mat.soft
Brownian Dynamics Simulation of Polydisperse Hard Spheres
朗之万方程的数值积分的标准算法要求相互作用在积分时间步长期间缓慢变化。这不是硬体系统的情况，其中在噪声的相关时间和相互作用的时间尺度之间没有明确的界限。从Smoluchowsky方程的短时间近似出发，我们引入了一种算法，用于在没有流体动力学相互作用的情况下模拟多分散硬球的过阻尼布朗动力学，并简要讨论了外部漂移的情况下的扩展。
2012-07-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Rheology of suspensions of non-Brownian soft spheres across the jamming and viscous-to-inertial transitions
本文使用定制流变仪研究了非布朗软球悬浮液在阻塞及粘性-惯性转变下的流变学，提出通过重整化临界体积分数和摩擦系数并叠加应力尺度，可将其扩展为统一的软颗粒流变学（SGranR）框架，实现阻塞转变两侧流变数据的近似坍缩。
2024-06-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pressure and Phase Equilibria in Interacting Active Brownian Spheres
我们从第一性原理推导出机械压力$P$，定义为在密度为$ρ$的球形、过阻尼、活性布朗粒子系统中，在边界壁上的每单位面积的力。我们的精确结果涉及$P$，在封闭的形式，散装搅拌机和显示，（i）$P(ρ)$是一个态函数，独立的颗粒壁相互作用;（ii）相互作用贡献两项$P$，一个编码的慢下来，驱动运动诱导相分离，和其他的直接贡献众所周知的被动系统;（iii）$P(ρ)$是平等的共存相。我们讨论了这些结果对活性布朗粒子运动诱导相分离的影响，并表明共存时的密度不满足$P$上的麦克斯韦构造。
2015-06-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pair-distribution function of active Brownian spheres in two spatial dimensions: simulation results and analytic representation
本文研究了二维空间中球形活性布朗粒子与Weeks-Chandler-Andersen势相互作用的全对分布函数。完整的对分布函数依赖于描述两个粒子的相对位置和方向的三个坐标，指定粒子活动的Péclet数，以及它们的平均堆积密度。这个五维函数是从布朗动力学模拟得到的。我们讨论它的结构，考虑到它的所有自由度。此外，我们提出了一个近似的解析表达式的产品的全对分布函数和粒子间的力量。我们发现，解析表达式，这是通常需要推导的解析模型时，积极的布朗粒子的集体动力学，是在良好的协议与模拟结果。本文的研究结果对进一步研究活性布朗粒子和非平衡统计物理具有一定的参考价值。
2020-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Short-time diffusion in concentrated bidisperse hard-sphere suspensions
基于Beenakker和Mazur的方法[Physica 120 A，388（1983）& 126 A，349（1984）]，用Stokesian动力学（SD）计算机模拟和胶体短时动力学的半解析理论方案研究了双分散布朗硬球悬浮液中的扩散。两种硬球悬浮在过阻尼粘性溶剂中，介导所有颗粒之间的突出的流体动力学相互作用。在一个全面的参数扫描，涵盖各种包装分数和悬浮液组成，我们采用数值精确的SD模拟计算的初始扩散松弛的密度调制在布朗时间尺度，量化的部分流体动力学函数。Beenakker和Mazur的$δγ$ -计划单分散悬浮液的修订版本被发现表现出令人惊讶的良好的准确性，当简单的重新缩放的法律被调用在其应用于混合物。因此，修改后的$δγ$计划预测流体动力学函数与我们的SD模拟结果非常吻合，从非常稀的限制高达高达$40\%$的包装分数的所有密度。
2014-10-31 cond-mat.soft
The cage effect in systems of hard spheres
在讨论稠密流体的时间关联函数的衰减延迟时，通常会引用笼效应。为了更仔细地研究笼的作用，我们考虑布朗粒子的位移分布的扩展。这些分布必然由于相邻粒子的存在而有偏差。这些邻居的这种偏见的住宿保存的位移分布局部，并提出了一个集体机制，探索配置空间，这是更有效的比内在的布朗运动。由于位移分布的全局守恒，某些粒子的笼化导致了一个延迟的、非局部的集体过程。这种非局部性损害了探索配置空间的效率。这两种集体机制都会引起时间关联函数的延迟或拉伸，特别是粒子数和通量密度。本文识别和区分这些机制在现有的数据从实验和计算机模拟系统的粒子与硬球相互作用。
2017-02-16 cond-mat.soft
Collective Dynamics of Intelligent Active Brownian Particles with Visual Perception and Velocity Alignment in 3D: Spheres, Rods, and Worms
通过三维模拟研究具有视觉感知和速度对齐的智能活性布朗粒子，发现不同形状（球、杆、蠕虫）粒子形成多种集体结构，与自然界集体行为相似。
2024-11-06 cond-mat.soft
Orientation-dependent propulsion of active Brownian spheres: from self-advection to programmable cluster shapes
Westfälische Wilhelms-Universität Münster（明斯特大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
活性粒子的应用需要一种控制其动力学的方法。虽然这通常是通过直接干预来实现的，但间接干预是基于，关于一种依赖于取向的自推进速度的粒子，变得越来越流行。在这项工作中，我们研究系统的相互作用的主动布朗球在两个空间维度与方向相关的推进使用分析建模和布朗动力学模拟。结果发现，取向依赖性导致自平流，循环电流，和可编程的集群形状。
2022-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The influence of bond-rigidity and cluster diffusion on the self-diffusion of hard spheres with square-well interaction
采用两种不同的方法：布朗集团动力学（BCD）和事件驱动布朗动力学（EDBD）模拟了硬球通过方势阱相互作用。比较了两种方法得到的平衡态的结构，发现两种方法得到的平衡态结构基本相同。自扩散系数（$D$）作为相互作用强度的函数。使用BCD或EDBD发现相同的值。与EDBD相反，BCD允许研究团簇内的键刚性和流体动力学相互作用的影响。当键是柔性的时，与具有刚性键的系统相比，对$D$的吸引作用相对较弱。$D$首先随着吸引强度的增加而增加，然后随着更强的相互作用而减小。对于给定的相互作用强度，引入簇内流体动力学相互作用微弱地增加了$D$。引入键刚性导致$D$的强烈降低，其不再显示作为吸引强度的函数的最大值。
2007-11-02 cond-mat.soft
Theory of Nonequilibrium Crystallization and the Phase Diagram of Active Brownian Spheres
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出了一种统计力学模型，用于描述活性布朗粒子的非平衡结晶现象，并构建了其完整的相图。
2024-11-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Depletion induced isotropic-isotropic phase separation in suspensions of rod-like colloids
当将非吸附性聚合物添加到棒状胶体的各向同性悬浮液中时，胶体通过耗尽力有效地彼此吸引。我们进行了蒙特卡罗模拟来研究这种棒状聚合物混合物的相图。胶体棒被建模为硬spherocylinders;聚合物被描述为与棒相同直径的球体。聚合物可以重叠而没有能量成本，而聚合物和棒的重叠是禁止的。大量的稀释剂导致混合物的相分离。我们估计的各向同性各向同性共存的相边界，在散装和禁闭。为了确定相边界，我们使用连续伞形采样应用巨正则系综[J. Chem. Phys. 120，10925（2004）]，并且我们执行有限尺寸标度分析以估计临界点的位置。结果与Lekkerkerker和Stroobants [Nuovo Cimento D 16，949（1994）]提出的自由体积理论的预测进行了比较。我们还估计了共存的各向同性相之间的界面张力，并分析了其幂律行为的临界点的方法。
2007-09-25 cond-mat.soft
Comparison of structure and transport properties of concentrated hard and soft sphere fluids
利用牛顿动力学和布朗动力学模拟，研究了硬球和软球的结构和输运性质。使用逆幂势（$V\sim r^{-n}$，其中$1/n$为势软度）对软球进行建模。虽然压力，扩散系数和粘度取决于在恒定密度的颗粒柔软度高达极高的值的$n$，我们表明，缩放的密度与凝固点为每个系统有效地崩溃这些参数为$n\geq 18$（包括硬球），大密度。在凝固点，所有系统的长程结构是相同的，当距离以粒子间距离为单位测量时，但差异出现在短距离（由于相互作用势的不同形状）。这转化为在短时间内的速度和应力自相关函数的差异，虽然他们同意给予相同的值的相应的传输系数（相同的密度冻结比）;微观动力学也影响短期行为的关联函数和绝对值的传输系数，但相同的缩放与冻结密度工程牛顿或布朗动力学。对于硬球，应力自相关函数的短时间行为进行了详细的研究，定量地证实了它的理论推导形式。
2009-01-16 cond-mat.soft
Self-assembly of colloidal polymers via depletion-mediated lock and key binding
我们研究了耗尽诱导的锯齿状胶体的自组装。使用国家的最先进的蒙特卡罗模拟技术，明确对待的耗尽剂颗粒，我们证明了胶体组装的锁和钥匙的机制，导致胶体聚合。所形成的链的形态敏感地取决于胶体压痕的大小，较小的值另外允许链分支。与有吸引力的补丁的球体的情况下，韦特海姆的热力学微扰理论未能提供一个完整的定量描述的聚合过渡。我们跟踪这一失败，忽略了包装效果，我们引入了一个修改后的理论，更好地解释了胶体的形状，产生改进的协议与模拟。
2014-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear flow of non-Brownian rod-sphere mixtures near jamming
本文利用离散元方法研究非布朗棒-球混合物在致密堆积下的剪切流变，发现堵塞点随棒长径比非单调变化，短棒降低黏度而长棒升高黏度，并从堆积与排除体积角度给出机制解释。
2024-05-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Renewal-anomalous-heterogeneous files
解决了文件更新异常、异构的问题。一个简单的文件是由布朗硬球，扩散随机在一个有效的1D通道。一般情况下，布朗文件是不均匀的：球的扩散系数是分布的，初始球的密度是不均匀的。在更新-反常文件中，单个跳跃的等待时间的分布与布朗文件一样是指数分布，但服从：α_（t）~t^（-1-α），0<α<1。当所有粒子同时尝试跳跃时，文件正在更新。本文证明了再生反常非均匀文件中的均方位移（MSD）<r^2>服从<r^2>~[<r^2>_{nrml}]^α，其中<r^2 >_{nrml}是相应布朗文件中的MSD。这种缩放是连接布朗文件和更新异常文件的概率密度函数的精确关系（此处导出）的结果。它还表明，非更新异常文件是慢于相应的更新。
2010-08-13 cond-mat.soft q-bio.SC
Universality in Driven and Equilibrium Hard Sphere Liquid Dynamics
我们证明了范霍夫动力学对关联函数的时间演化是由绝热力所产生的自由能和由范霍夫函数的流动引起的超绝热力。超绝热力包括阻力、粘性和结构贡献，如发生在活性布朗粒子、剪切下的液体和车道形成混合物中。对于硬球液体，我们提出了一个功率泛函理论，预测这些普遍的力场与我们的布朗动力学模拟结果定量一致。
2021-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Relaxation dynamics of non-Brownian spheres below jamming
我们数值研究了在空间维度$d=2$，$3$，$4$，和$8$，以及平均场Mari-Kurchan模型中的非布朗无摩擦球的松弛动力学和相关的临界性。我们发现非平凡的有限尺寸和体积分数的依赖性的松弛时间与放松的未堵塞的包装。特别是，弛豫时间示出发散与系统的大小在任何密度低于干扰，没有临界指数可以证明其行为接近干扰。在平均场中，弛豫时间是明确定义的：它在干扰处发散，具有我们数值确定的临界指数，并且与早期的平均场预测不同。我们合理化的有限$d$对数发散使用极值统计参数，其中弛豫时间占主导地位的系统的最连接的区域。同样的论点表明，早期的命题，松弛动力学和剪切粘度是直接相关的，在大系统中失败。非布朗填料的剪切粘度在所有$d$中在热力学极限下都是很好定义的，但大的有限尺寸效应使其测量接近堵塞。
2021-02-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cooperative Motion of Active Brownian Spheres in Three-Dimensional Dense Suspensions
在三维空间中研究了自推进球形布朗粒子悬浮液的结构和动力学性质。我们的模拟揭示了相分离成稀相和密相，高于一定的密度和自推进强度。密相的填充分数在高活性下接近随机紧密填充，但系统保持流体。虽然没有对齐机制存在于这个模型中，我们发现长寿命的合作运动的粒子在密集的制度。此行为可能是由于接口引起的排序过程。空间位移关联函数的密度接近或高于被动系统的玻璃化转变密度的系统几乎是无标度的。
2015-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Persistent anti-correlations in Brownian dynamics simulations of dense colloidal suspensions revealed by noise suppression
利用布朗动力学方法研究了硬球胶体流体的输运性质。我们实现了一种新的算法的时间相关的速度自相关函数（VACF）基本上消除了裸露的随机运动的噪声。测得的VACF揭示了持续的反相关表现为负的代数幂律尾部$t^{-5/2}$在所有密度。在小的填充分数，模拟完全同意的分析低密度预测，但尾部的幅度变得显着抑制填充分数的增加。玻璃化转变的模式耦合理论提供了一个定性的解释，在静态压缩性的强烈变化，以及减缓的结构弛豫。
2020-04-22 cond-mat.soft
Nanofluidic Rocking Brownian Motors
由于大多数相互作用机制的不利缩放到小的长度尺度，因此在流体中控制和传输纳米级物体是具有挑战性的。我们通过精确地塑造纳米流体狭缝的几何形状并利用带电粒子和壁之间的静电相互作用来设计纳米粒子的能量景观。定向输运是通过将不对称势与振荡电场相结合来实现的，以实现摇摆布朗马达。使用直径为60 nm的金球，我们研究了具有高时空分辨率的电动机的物理特性，从而实现了与理论的无参数比较。我们制造了一种分选设备，可以在几秒钟内将60和100纳米的颗粒从相反的方向分离出来。建模表明，该设备分离的颗粒具有1纳米的径向差异。
2018-08-24 cond-mat.soft
Characterization of MIPS in a suspension of repulsive Active Brownian Particles through dynamical features
二维主动布朗粒子系统是指由硬盘组成，显示排除体积相互作用，通常通过分子动力学使用纯排斥势模拟。我们表明，所选择的潜在的软度起着一定的作用，在模拟的结果，重点是运动诱导相分离的出现的情况下。在没有平移扩散的纯硬球系统中，相图应该完全由它们的密度和Péclet数决定。然而，我们已经发现了两个额外的影响，我们模拟的ABP模型中的相图：相对强度的translational扩散相比，推进项和粒子的重叠。正如我们所示，第二种效应可以大大减轻，如果我们使用，而不是标准的Weeks-Chandler- Andersen势，一个更硬的，伪硬球势。此外，在确定我们的相空间的边界，我们已经尝试了不同的方法来检测MIPS，并得出结论，观察动力学特征，通过非高斯参数，是更有效的比观察结构的，通过局部密度分布函数。我们还表明，Vogel-Fulcher方程成功地再现了衰减的扩散作为密度的函数，除了非常高的密度的情况下。因此，ABP系统在这方面的表现类似于易碎玻璃。
2021-04-26 cond-mat.soft
Phase Diagram of Active Brownian Spheres: Crystallization and the Metastability of Motility-Induced Phase Separation
运动诱导相分离（MIPS）是纯粹排斥性活性粒子经历液-气相分离的现象，是非平衡相变最简单且研究最广泛的例子之一。在这里，我们表明，MIPS共存的状态实际上只有亚稳态的三维活性布朗粒子在一个非常广泛的条件下，在很长的时间内通过有序过渡，我们称之为活性结晶衰减。在MIPS临界点之上的活动，液体-气体双节点被晶体-流体共存曲线所取代，固体，液体和气体都共存于两条曲线相交的三相点。然而，从无序流体中成核活性晶体需要一种罕见的波动，这种波动表现出固相的近密堆积密度。相应的障碍，结晶是克服一个可行的时间尺度上只有在高活性，只有在流体密度接近最大包装。在平衡状态下，这种致密液体的玻璃化预期被主动力强烈地减轻，使得液体-气体共存的寿命随着活性的增加而稳定地下降，在模拟中表现为在极高活性下的容易的自发结晶。
2021-04-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Start-up Shear of Concentrated Colloidal Hard Spheres: Stresses, Dynamics and Structure
利用布朗动力学（BD）模拟、实验流变学和共聚焦显微镜研究了模型硬球玻璃在稳态启动剪切作用下的瞬态响应。随着应变的增加，玻璃最初表现出几乎线性的弹性应力增加，在屈服点处的应力峰值，然后达到恒定的稳定状态。的应力过冲有一个非单调依赖与Peclet数，Pe，和体积分数，ESTA，由可用的自由体积和结构松弛和剪切平流之间的竞争。在剪切下的结构特性的检查揭示了增加的各向异性径向分布函数g（r），主要在速度梯度（xy）平面中，其在应力峰值之后减小，其中相当大的各向异性保持在稳定状态。低速率使结构变形最小，而高速率显示具有瞬时伸长特征的变形。作为储存能量的机制，粒子被捕获在比布朗松弛允许的更扭曲的笼内，而在较大的应变下，应力松弛，因为粒子由于平流而被迫离开笼。即使在稳定状态下，中间超扩散观察到高速率，是剪切下的笼的连续打破和改造的签名。
2017-07-07 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
Theory of molecular crowding in Brownian hard-sphere liquids with application to the polymer coil-globule transition
导出了液态布朗分子平均力的解析对势。我们的方法占拥挤的液体粒子的多粒子相关性，并在稠密的环境中的空间调制的局部密度的拥挤的扩散运输。专门的限制等尺寸的颗粒，我们表明，这种扩散运输导致额外的密度和结构相关的条款的相互作用潜力，和一个更强的吸引力（由一个因素~4在平均体积分数的拥挤0.25）比在标准的耗尽相互作用中的扩散效应被忽略。作为该理论的一个例证，我们用它来研究惰性拥挤溶液中聚合物链的尺寸。即使在无热背景溶剂的情况下，当一个经典的链应该是完全溶胀，我们发现一个尖锐的线圈球过渡的理想链崩溃在临界值的拥挤体积分数~0.145。
2012-06-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Clusters and collective motions in Brownian vibrators
利用布朗振子，即单个粒子在振动作用下进行布朗运动的振子，我们对体积分数为$0.111\leϕ\le0.832$的准二维颗粒材料的自组织结构和动力学进行了实验研究.我们在非弹性粒子碰撞的硬盘系统中展示了丰富的结构和动力学，有四个相对应的集群流体，集体流体，多晶体，晶体。虽然多晶和晶体与平衡硬盘惊人地相似，但前两个阶段与平衡阶段和之前的均匀驱动球体的准2D实验有很大不同。我们的研究提供了单颗粒尺度的证据，颗粒材料均匀随机强迫弱凝聚力与复杂的内部结构和动力学。此外，我们的实验表明，大规模的集体运动可以出现在一个纯粹的排斥硬盘系统。集体运动出现在$ϕ=0.317$附近，在那里最重要的集群跨越系统的一半，并消失在$ϕ=0.713$附近，系统结晶和熔化转变发生在平衡硬盘。
2023-01-16 cond-mat.soft
Scalable Metropolis Monte Carlo for simulation of hard shapes
我们设计并实现了一个可扩展的硬粒子蒙特卡罗模拟工具包HPMC，并将其作为HOOMD-blue的一部分开源发布。HPMC使用域分解在多个CPU和多个GPU上并行运行。我们采用BVH树，而不是细胞列表的CPU上的快速性能，特别是与大颗粒大小的差异，并优化内部循环与SIMD向量固有的CPU上。我们的GPU内核在棋盘上并行地提出了许多尝试移动，并使用块级队列在线程之间重新分配工作并避免发散。HPMC支持各种形状类别，包括球体/圆盘、球体的并集、凸多边形、凸球多面体、凹多边形、椭圆体/椭圆、凸多面体、凸球多面体、被平面切割的球体和凹多面体。NVT和NPT集成可以在2D或3D三斜箱中运行。附加的积分方案允许Frenkel-Ladd自由能计算和隐式消耗模拟。在4096个五边形流体的基准系统中，HPMC在XSEDE Comet上的96个CPU核心上在10分钟内执行1000万次扫描。同样的模拟需要连续7.6小时。HPMC还可以扩展到大型系统尺寸，在OLCF Titan上的2048个GPU上运行1680万个粒子的相同基准测试仅需1.4小时。
2015-09-15 cond-mat.soft cs.MS physics.comp-ph
The induced permittivity increment of electrorheological fluids in an applied electric field in association with chain formation: A Brownian Dynamics simulation study
采用布朗动力学方法模拟了电流变液在外加电场中的相对介电常数。电流变液的相对介电常数可以从克劳修斯-莫索蒂（CM）方程在小的应用领域的限制计算。然而，当施加强场时，ER球被组织成链和链的组件，在这种情况下，ER球不仅被外场极化，而且彼此极化。这表现在增强的介电响应中，例如，在相对介电常数的增加。的相对介电常数的校正和时间依赖性的这种校正的基础上模拟的模型，其中的ER粒子表示为可极化的球体。在这个模型中，除了施加的场之外，球体还被彼此极化。我们的结果与Horváth和Szalai的实验结果（\textit{Phys. Rev. E}，\textbf{86}，061403，2012）定性相似。我们报告的特征时间常数从双指数拟合，可以与形成的对和短链，以及与聚集的链。诱导介电增量的电场依赖性揭示了与实验相同的定性行为：确定了对应于不同聚集过程的具有不同斜率的三个区域。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Interplay between optical, viscous and elastic forces on an optically trapped Brownian particle immersed in a viscoelastic fluid
我们提供了一个详细的研究之间的相互作用，出现在布朗运动的一个微米级的球浸没在一个粘弹性流体测量与光阱干涉。为了探索广泛的粘性，弹性和光学力，我们分析了两种不同的粘弹性溶液在不同的浓度，这提供了一个动态的聚合物结构周围的布朗球。我们的实验表明，取决于流体，光学力，即使很小，在低频率下轻微修改的复数模量。根据我们的研究结果，我们提出了一种替代方法来校准这种实验设置时，使用非牛顿流体。理解光学势的影响对于正确解释生物材料和生物物质的基于光学捕获探针的研究所获得的力学性质是至关重要的。
2016-09-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Solitons in overdamped Brownian dynamics
孤子通常被称为无色散传播的波。在这里，我们表明，他们可以发生驱动过阻尼布朗动力学硬球在周期性的潜力在高密度。孤立子表现为在零噪声极限内运动的不同粒子集合的周期序列，其中单个粒子的传输是不可能的。它们甚至在低温下产生粒子流，这些粒子流出现在某些硬球直径周围的带状结构中。在高温下，带状结构被噪声冲洗掉，但粒子输运仍然由孤子主导。所有这些预测的功能应该发生在一个广泛的周期性系统，并服从实验测试。
2022-07-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pair-distribution function of active Brownian spheres in three spatial dimensions: simulation results and analytical representation
University of Münster（明斯特大学）；Lund University（隆德大学）
本研究利用布朗动力学模拟分析了三维空间中球形活性布朗粒子的完整配对分布函数，并提出了由活性和浓度参数化的解析表示，为定量模型提供输入并加深对致密活性流体微观结构的理解。
2023-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nanoscale temperature measurements using non-equilibrium Brownian dynamics of a levitated nanosphere
爱因斯坦意识到，布朗粒子的涨落可以用来确定它所处环境的性质。大量的实验已经利用胶体粒子的布朗运动来研究耗散过程，提供了对软物质物理的深入了解，并导致从能量收集到医学成像的应用。在这里，我们使用光学悬浮的纳米球，被加热，以研究其周围的气体的非平衡特性。通过分析球体的布朗运动，我们可以确定球体质心运动的温度、球体表面的温度以及两个空间维度上的加热气体的温度。我们观察到球体和气体的不对称加热，温度达到材料的熔点。这种方法为在纳米尺度上精确测量温度提供了新的机会，也为测试非平衡热力学提供了新的手段
2013-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The non-homogeneous flow of a thixotropic fluid around a sphere
模拟了触变流体绕沉降球的非均匀流动。采用四参数Moore模型描述一般触变流体，采用间断Galerkin方法求解结构动力学方程和质量、动量守恒方程。取决于归一化的下降速度$U^{*}$，它比较的时间尺度的结构形成和破坏，流的解决方案被分为三个不同的制度，这是由于相互作用的三个竞争因素：布朗结构恢复，剪切诱导的结构崩溃，和对流的微观结构。在小的$U^{*}( \ll 1)$，其中布朗结构恢复是主要的，触变效应是可以忽略的和流动的解决方案是不是太不同的牛顿流体。随着$U^{*}$的增加，观察到显著的结构梯度，并且沉降球周围的结构轮廓由所有三个竞争因素的平衡决定。对于足够大的$U^{*}(\gg 1)$，布朗结构恢复变得可以忽略不计，剪切诱导的结构破坏和对流之间的平衡起着决定性的作用，在确定流动剖面。为了量化三个因素的相互作用，球体的阻力系数Cs的范围为$U^{*}$的调查。在这个框架下，破坏参数，约束比，和一个可能的非线性模型形式上的非均匀流动的触变性流体的效果已经解决。
2020-02-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
