Nonequilibrium glassy dynamics of self-propelled hard disks
我们分析了集体动力学的自推进粒子在大密度制度被动粒子进行动力逮捕到一个无定形的玻璃态。我们捕获的竞争之间的自推进和拥挤的影响，使用一个二维模型的自推进硬盘，我们研究使用蒙特卡罗模拟。虽然活动驱动系统远离平衡，自推进粒子进行动力学逮捕，我们详细描述和比较其平衡对应。特别是，动态逮捕的临界密度不断转移到更大的密度，随着活动的增加，和松弛时间是令人惊讶的，以及描述的代数发散产生的高度集体动力学的出现。这些结果表明，活性粒子的致密组件进行非平衡玻璃化转变，这是深刻的影响，自推进机制。
2014-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinetic theory for systems of self-propelled particles with metric-free interactions
自驱动粒子的模型类似于Vicsek模型[物理评论Lett. 75（1995）1226]，但与度规自由的相互作用是通过一种新的Enskog型动力学理论研究。在这个模型中，N个恒定速度v0的粒子试图将它们的行进方向与固定数量的最近邻居的平均方向对齐。在强对齐时，形成全球群集状态。该排列是由随机规则而不是由哈密尔顿算子定义的。相应的相互作用是真正的多体性质。该理论基于3N维相空间中的主方程，该主方程通过分子混沌近似变得易于处理。集体运动过渡的相图计算和直接数值模拟相比。一个均匀有序的状态的线性稳定性分析进行使用的动力学，而不是流体动力学方程，以达到高精度。与常规度量Vicsek模型相比，没有不稳定性发生。这证实了先前的直接模拟，对于具有无度量相互作用的Vicsek类模型，没有密度带的形成，并且植绒过渡是连续的。
2012-08-06 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
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
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
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
Kinetic Theory of Flocking: Derivation of Hydrodynamic Equations
它示出了如何明确粗粒的微观动力学的Vicsek模型自推进剂。宏观输运方程是由Enskog型动力学理论导出的。给出了大颗粒速度下所有输运系数的表达式。用数值和解析方法研究了从无序态到植绒态的相变。
2010-12-03 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mobility Anisotropy Reshapes Self-Propelled Motion
University of Vermont（佛蒙特大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
该研究针对二维受简谐势阱约束的各向异性迁移自驱动粒子，推导精确闭式矩，发现高持续性下MSD的两步弛豫行为及非单调负超额峰度，明确其与迁移各向异性的关联。
2026-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ring Kinetic Theory for an Idealized Granular Gas
非弹性硬球的动力学描述的二元碰撞展开，产生相应的伪刘维方程和BBGKY族的约化分布函数。基于集团展开技术，我们推导出非弹性硬球的Boltzmann和环动力学方程。在简单环近似下，我们计算了自由演化的稀颗粒气体中涡度涨落的结构因子。动力学理论的结果与先前从脉动流体力学导出的结果一致。在不可压缩流的极限中，该结构因子单独决定了空间速度相关性，该空间速度相关性是动态起源的并且包括长范围$r^{-d}$行为。分析结果与MD模拟进行了比较。
1997-06-03 cond-mat.stat-mech
Kinetics of Ring Formation
我们研究了环的可逆聚合。在这个随机过程中，两个单体结合，因此，两个不相交的环可以合并成一个化合物环，或者，一个单环可以分裂成两个片段环。这种聚集-碎裂过程表现出一种具有有限环相和巨环相的渗滤过渡，在有限环相中，所有环都具有微观长度，在巨环相中，宏观环占整个质量的有限部分。有趣的是，虽然巨环的总质量是一个确定性的量，但它们的总数和大小却是随机的量。宏观环的尺寸分布是普遍的，尽管这种分布的跨度随时间而增加。此外，巨环的平均数量与系统大小成比例关系。我们介绍了一个洗牌算法的有效模拟环的形成过程，并提出了数值验证的理论预测。
2011-02-25 cond-mat.stat-mech
Fluctuating kinetic theory and fluctuating hydrodynamics of aligning active particles: the dilute limit
动力学和流体力学理论被广泛用于描述活性物质系统的集体行为。在波动水平上，这些已经从每个粒子与许多其他粒子弱相互作用的极限中的显式粗粒化过程中获得，使得施加在每个粒子上的总力和力矩在任何时候都是有序的。然而，这样的限制是不相关的稀释系统，主要是通过调整相互作用;在那里，碰撞是罕见的，使自推进方向突然改变。我们推导出一个波动的动力学理论，和相应的波动的流体力学，在稀系统的限制对齐自推进粒子。我们发现，在动力学水平上的波动不是高斯的，并依赖于粒子之间的相互作用，但只有他们的高斯部分生存在流体动力学极限。在方差与波动的流体力学弱相互作用粒子，我们发现，在流体力学水平上的噪声方差取决于粒子之间的相互作用规则，并与密度的平方成正比，反映了二元性质的对齐过程。本文的结果是针对具有极性排列的极性自推进粒子导出的，可以直接推广到具有极性排列的极性粒子或完全极性排列的系统。
2022-10-17 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
Tricritical points in a Vicsek model of self-propelled particles with bounded confidence
我们研究了具有选择性相互作用的自推进粒子系统中的取向有序。为了引入选择性，我们用有界置信度碰撞规则来增强标准Vicsek模型：给定的粒子只与方向与自己非常相似的邻居对齐。方向偏离大于固定限制角度$α$的邻域将被忽略。该系统的集体动力学研究基于代理的模拟和动力学平均场论。我们表明，限制角的减少导致一个临界噪声幅度单调下降的角度，变成一个幂律指数为3/2的小角度。此外，对于小的系统尺寸，我们表明，在减少的限制角，极性集体运动的过渡从连续到不连续的变化。因此，一个明显的三临界点的识别和计算分析。我们还发现，在非常小的相互作用角的极性有序相变得不稳定的非极性相。我们表明，平均场动力学理论允许固定的电子态低于限制角$0.681 π$。我们计算了无序态分叉到非有序态的临界噪声，发现它总是小于从无序态到极序态转变的阈值噪声。无序-无序转变具有两个三临界点：在低和高限制角下，转变是不连续的，但在中间$α$处是连续的。我们将我们的结果推广到系统，显示成两个以上的群体分裂，并获得的过渡线和相应的三临界点的标度律。提出了一种新的数值方法来计算非线性Fredholm积分方程的平稳分布函数。
2014-11-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Magnetic flux in mesoscopic rings: capacitance, inertia and kinetics
我们考虑具有有效电容的介观非超导环。我们提出了一个描述这种环中磁通量的哈密顿模型。接下来，我们将耗散和热波动纳入我们的动力学模型。我们认为动力学的强耦合和弱耦合热浴的限制制度。
2007-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Anomalous segregation dynamics of self-propelled particles
近年来，人们在活跃的软物质上获得了许多新颖的实验和理论结果，展示了这类驱动系统的各种有趣的普适和反常特征。在这里，我们考虑一个基本的，但仍然未探索的方面的模式中出现的系统的积极运动的单位，即，当存在两种具有不同粘合性能的它们时，它们发生分离。偏析的过程是由一个自推进的颗粒，使颗粒有一种倾向，只粘附到那些是同类的模型进行研究。与相关微分方程对应的计算可以并行进行，因此功能强大的GPU卡可以进行大规模模拟。我们发现，偏析动力学是非常不同的，从非驱动的同行，并描述了新的标度指数$z\simeq 1$和$z\simeq 0.8$的1：1和非相等的比例的两个成分，分别。我们的结果与最近观察到的分离组织细胞\emph{in vitro}一致。
2014-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.AO
Active Matter at high density: velocity distribution and kinetic temperature
我们考虑固体或六角形的非平衡相的相互作用的二维系统的活性布朗粒子在高密度和研究数值和理论上的性能的速度分布函数和相关的动力学温度。我们得到近似的分析预测的速度分布的形状，并找到一个过渡从墨西哥帽状高斯分布的持续时间的主动力的变化从小到大的持久性制度。通过详细的数值和理论分析的单粒子的速度方差，我们报告了一个精确的解析表达式的致密的球形自推进粒子的动力学温度，也持有在非平衡制度与大的持续时间，并讨论其有效性范围。
2020-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-propelled particles with selective attraction-repulsion interaction - From microscopic dynamics to coarse-grained theories
在这项工作中，我们推导和分析粗粒度的描述与选择性的吸引-排斥相互作用的自推进粒子，其中个人可能会根据他们的相对运动状态（方法与运动远离）不同的反应，他们的邻居。基于一个非线性Fokker-Planck方程的制定，我们推导出一个动力学描述的系统动力学方程的傅立叶模式的单粒子密度函数。这种方法允许有效的数值研究系统的可能的解决方案的稳定性。进入方程的相互作用积分的详细分析表明，在小波长处的发散可以出现在任意的展开阶。在此基础上，我们还通过在单粒子密度函数的第二傅立叶模式的水平上进行封闭，导出了流体动力学理论。我们表明，一般形式的方程是一致的理论制定的Toner和涂。最后，我们比较我们的分析预测的稳定性的无序均匀的解决方案与基于个人的模拟结果。他们表现出良好的协议足够大的密度和不可忽略的短程排斥。数值结果和流体力学理论弱短程排斥的分歧揭示了存在一个以前未知的阶段的模型组成的致密，向列对齐的长丝，这不能占目前的调色剂和涂型理论的极性活性物质。
2013-04-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Nucleation pathway and kinetics of phase-separating active Brownian particles
纯粹排斥但自推进的布朗粒子的悬浮液可能会经历相分离，这种现象非常类似于具有吸引力的被动粒子的相分离。在这里，我们采用计算机模拟研究成核动力学和微观途径积极的布朗磁盘时，淬火从均匀悬浮液的推进速度超越双结点在两个维度。我们发现相同的定性行为的成核率作为密度的函数作为被动悬浮液进行液-气分离，这表明一个有效的自由能的情况下，也延伸到相分离的动力学。我们研究的过渡更详细地通过一个committor分析，并发现，过渡态最好的描述由集群的大小和径向极化的粒子在集群中的组合。
2016-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The active Boltzmann equation: From dilute collisions to exact kinetic theory
Greifswald University（格赖夫斯瓦尔德大学）；TU Bergakademie Freiberg（弗莱贝格工业大学）；Humboldt University（洪堡大学）
本文提出一种非局域闭合BBGKY层级的精确动理学理论，保留碰撞中的对关联，解决了平均场闭合导致的自扩散系数发散问题，并与模拟定量吻合，同时给出可外推到高密度的有效朗之万方程。
2026-10-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Large density expansion of a hydrodynamic theory for self-propelled particles
近年来，人们提出了一种适用于Vicsek型自推进粒子模型的Enskog型动力学理论[T。Ihle，Phys.Rev.E83，030901（2011）]。该理论基于相空间中马尔可夫链的精确方程，并且不限于小密度。以前，流体动力学方程是从这个理论推导出来的，它的输运系数是以无穷级数形式给出的。在这里，我表明，输运系数采取一个简单的形式在大密度极限。这使我能够分析评估众所周知的密度不稳定性的极性有序相附近的植绒阈值在中等和大密度。纵向扰动的增长率计算和几个标度制度，包括三个不同的幂律，被确定。结果表明，在大密度下，在较小的噪声下，有序相的再稳定化在流体动力学理论的有效范围内是解析可及的。给出了不稳定带的宽度、最大增长率和波数的解析预测。特别是，系统的大小低于均匀有序状态的空间扰动是稳定的，预测规模与$\sqrt{M}$，其中$M$是碰撞伙伴的平均数。计算了直到不稳定性变得可见的典型时间尺度，并且与M成比例。
2015-01-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.comp-ph
A kinetic-Monte Carlo perspective on active matter
我们使用持续动力学蒙特卡罗（MC）方法研究了具有各向同性成对相互作用的二维自推进粒子的非平衡相。我们建立了定量相图，包括运动诱导相分离（MIPS），这是一种常见的集体现象，在活性物质。此外，我们证明了几种不同的潜在形式的两步熔化的存在下，与中间六角相，在远离平衡的区域。增加的活性可以熔化二维固体，并且熔化线与MIPS保持不相交。我们建立这个相图的范围内的粒子间的潜在刚度，并确定MIPS相，即使在硬盘的限制。我们建立的相位行为的完整描述需要三个独立的控制参数。
2018-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bogoliubov Choh Uhlenbeck Theory: Cradle of Modern Kinetic Theory
Choh Uhlenbeck方程是玻尔兹曼方程的第一个成功推广，以系统的方式包括三重碰撞。对三重碰撞项的详细分析导致了环碰撞的重要概念，它在具有共同碰撞历史的粒子之间产生动态关联。这篇评论显示了如何环碰撞已经在过去40年中的动力学理论的最主要的发展的根源，无论是连续流体，以及格子气自动机。目前，它们已成为分析简单和复杂流体中长时间空间和时间相关性的标准工具。
1997-07-14 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
Giant Kovacs-Like Memory Effect for Active Particles
利用动力学理论和基于智能体的模拟方法研究了自推进粒子的类Vicsek气体的动力学性质。虽然记忆效应已被观察到在无序系统，我们表明，它们也发生在活性物质系统。特别是，我们发现该系统表现出巨大的Kovacs样的记忆效应，这是远远大于预测的一般线性理论。基于分离的时间尺度，我们开发了一个非线性理论来解释这种效果。我们应用这个理论来驱动颗粒气体，并提出进一步的应用自旋玻璃。
2017-05-15 cond-mat.stat-mech
Kinetic theory of pattern formation in a generalized multi-species Vicsek model
Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
本文提出了一种多物种维克塞克模型的动力学理论，通过分析发现该理论能准确描述多物种系统中涌现的有序状态及共存相的长度尺度。
2026-09-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structure and dynamics of ring polymers: entanglement effects because of solution density and ring topology
缠结的影响，在解决方案和熔体的无结环聚合物已经解决了一些理论和数值研究。该系统的性能已被典型地配置为在固定的解决方案密度的环轮廓长度的函数。在这里，我们使用一种不同的方法来研究数值模型环聚合物的解决方案的平衡和动力学性质。具体地，环轮廓长度保持固定，而链间和链内缠结的相互作用通过改变溶液密度（从无限稀释到\approx 40%体积占有率）和环拓扑结构（通过考虑未打结和三叶形打结的链）来调节。环的平衡度规性质的任何拓扑结构被发现只有微弱的影响，增加的解决方案的密度。即使在最高密度，平均环的大小，形状各向异性和打结区域的长度最多相差40%，从孤立的环。相反，动力学的强烈影响链间缠结的程度：对于两个unknots和三叶的特征时间的环大小的松弛，重新取向和扩散的变化，由一个数量级的浓度范围内考虑。然而，显着的拓扑结构依赖的动力学差异，观察到只有非常稀的解决方案（远低于环重叠阈值）。对于打结环，最慢的动力学过程被发现对应于沿着环骨架的打结区域的扩散。
2011-11-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Invasion-wave induced first-order phase transition in systems of active particles
数值求解了自推进粒子的类Enskog动力学方程。我研究了密度不稳定性附近的过渡到集体运动，并发现，而流体力学故障，动力学的方法导致孤立的超声波陡峭的领先扭结和克努森数的顺序。这些波表现出滞后，修改过渡阈值，并导致突然跳跃的全局序参量，如果噪声水平的变化。因此，它们提供了一种将相变的二阶特征改变为一阶的机制。
2013-03-31 cond-mat.stat-mech nlin.PS physics.bio-ph
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
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
Relaxation dynamics of the asymmetric simple exclusion process with Langmuir kinetics on a ring
我们考虑周期晶格上具有朗缪尔动力学的不对称简单排斥过程。我们解析地得到了从系统中没有粒子的初态开始的任意长度的关联函数的精确时间演化。对于完全非对称的情形，这个模型的精确定态是已知的。我们提出了一个基础的转换，简化了证明这种状态的平稳性，使推广到部分不对称的情况下。此外，我们构造了低能激发态，并得到了精确的弛豫时间。
2016-04-11 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Large-scale kinetic roughening behavior of coffee-ring fronts
我们通过对[C.\]中针对此背景考虑的非晶格模型进行广泛的数值模拟，研究了咖啡环聚集体前沿的动力学粗糙化行为S. Dias { \it等人}，软物质{ \bf 14}，1903（2018）]。该模型描述了片状胶体的弹道聚集，并取决于控制两个斑块A和B的亲和力的参数$r_\mathrm{AB}$。合适的边界条件使我们能够阐明在$r_\mathrm{AB}=0$的不连续钉扎-去钉扎过渡，前面显示固有的异常标度，但不寻常的指数值$α\simeq 1.2$，$α_{\rm loc} \simeq 0.5$，$β\simeq 1$，和$z\simeq 1.2$。对于$0<r_\mathrm{AB}\le 1$，与标准非晶格弹道沉积的模拟的比较指示由贴片结构引起的形态不稳定性的发生。结果发现，渐近形态学行为是由宏观形状所决定的。中间的时间制度表现出一维KPZ指数$r_\mathrm{AB}> 0.01$和系统遭受强烈的交叉主导的$r_\mathrm{AB}=0$行为$r_\mathrm{AB}\le 0.01$。相关函数的详细分析表明，总的正面总是在移动阶段的$0<r_\mathrm{AB}\le 1$和他们的动力学粗化行为是本质上反常的$r_\mathrm{AB}\le 0.01$。
2022-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
First passage time distribution of active thermal particles in potentials
本文介绍了一种微扰方法来计算白噪声和有色噪声共同作用下一维随机过程的首达时间分布的所有矩。这类非马尔可夫过程是热活性物质研究的中心，热活性物质是受扩散影响的自推进粒子。关于马尔可夫过程的微扰理论认为，与热涨落相比，自推进的影响很小。为了说明我们的方法，我们将其应用到的情况下，活跃的热粒子（i）在一个谐波陷阱（ii）的环。对于这两种情况，我们都计算了第一次穿越时间的矩母函数的一阶修正，从而计算了它的所有矩。我们的分析结果进行了比较，数值。
2021-02-11 cond-mat.stat-mech
Activated barrier crossing dynamics of a Janus particle carrying cargo
我们数值研究的逃逸动力学的自推进Janus粒子，携带货物，从亚稳态。我们假设货物是通过一个弹性的谐波弹簧附着在Janus粒子上的。我们考虑到速度场的影响，在流体中创建由于二聚体的组件的运动，通过考虑空间相关的扩散张量（Oseen张量）。我们的模拟结果表明，势垒跨越事件和转动弛豫过程之间的同步可以在很大程度上提高逃逸率。此外，Janus粒子的承载能力在很大程度上受其旋转动力学和自推进速度控制。此外，流体动力学的相互作用，显着，提高了Janus货物二聚体的逃逸率。逃逸动力学的最重要的功能已被证明是基于分析参数。
2018-12-19 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
Random walks with imperfect trapping in the decoupled-ring approximation
研究了具有不完美陷阱的格点上的随机游动。在一维中，我们通过将问题简化为在仅包含一个单个陷阱的闭环上扩散的粒子来微扰计算生存概率。数值模拟表明，这种解决方案，这是精确的完美的陷阱的限制，是非常强大的一个显着降低的捕获概率。我们证明，对于随机分布的陷阱，我们的结果的长时间渐近恢复已知的拉伸指数衰减。我们还研究了我们的模型的各向异性的三维版本，其中足够大的横向扩散系统所描述的平均场动力学。我们讨论了可能的应用，我们的一些研究结果的半导体有机聚合物材料中的激子的衰变，并强调的动力学的空间陷阱分布的至关重要的影响。
2002-05-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Flux-biased mesoscopic rings
在强外磁场偏置下，薄介观环中磁通量的动力学等价地用布朗粒子在斜搓衣板势中的动力学来描述。“磁通速度”，即环中总磁通量的平均时间导数，是介观环的新特性的候选者。它的全局属性反映了在环中容纳持续电流的可能性。
2007-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Molecular chaos in dense active systems
分子混沌的假设在动力学理论中起着核心作用，它提供了一个封闭，导致玻尔兹曼方程定量描述经典流体。然而，如何将它适当地推广到主动系统，在非平衡物理学中仍然是一个悬而未决的问题。结合实验，模拟和理论，我们调查的紧急集体行为的自我推进的粒子，表现出避碰，一种移动策略，通常采用在自然和工程主动系统。这个致密的活性系统显示出由多体相互作用强烈调控的不寻常的相动力学，这不能用假设分子混沌的理论来解释。为了合理化不同的紧急阶段之间的相互作用，提出了一个简单的动力学模型与修改后的分子混沌假说，处理多体效应隐含通过分类不同类型的粒子对碰撞。我们的模型预测的最佳增长率的群集，并说明了一个通用的方法来理解密集的活性系统。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci 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
Self-organization in two-dimensional swarms
我们进行了系统的数值探索的自组织状态在一个确定性的模型相互作用的自推进粒子在两个维度。在这个过程中，我们确定了各种类型的集体运动，即，无序的群，环和液滴。我们构建了一个“相图”，总结了我们的结果，因为它描绘了相变？都是不连续的一方面是无序的虫群和漩涡状的虫群，另一方面是束缚的漩涡状的虫群和扩张的结构。其中的过渡线被发现有一个密切的类比与温度驱动的气液相变，在有限的集群具有相同的粒子间的潜力。此外，我们报告一种类型的植绒发生在一个统一的外部驱动程序的存在。总而言之，我们的研究结果为实验改进和/或证伪这类模型奠定了坚实的基础。
2011-03-13 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Diffusion of particles in simple fluids: A joint theory of kinetics and hydrodynamics
粒子在流体中的扩散是一个经典的课题，可以追溯到一个多世纪以前。然而，这一问题仍然缺乏全面解决办法。在这项工作中，速度的自相关函数和扩散常数的解析推导，并详细分析了流体动力学对颗粒扩散的影响。与以往的研究不同，环碰撞效应被详尽地考虑在我们的治疗，和流体动力学方法扩展到整个时间范围。大规模分子动力学模拟表明，我们的分析结果是有效的密度接近结晶点。
2016-07-30 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Nonequilibrium statistical mechanics of swarms of driven particles
作为细胞和有机体集体运动的一个粗略模型，我们在这里发展了自推进粒子群的统计力学。我们的方法与最近发展的主动布朗运动理论和正则耗散系统理论密切相关。研究了群体在外场中的自由运动和运动。简要地情况下的粒子被限制在一个环和相互作用的排斥力进行了研究。在更详细的研究中，我们调查的Morse型吸引力的自约束。我们从N = 2开始，讨论吸引子和分布函数，然后讨论N > 2的情况。对主动布朗粒子群与Morse力相互作用的几种动力学模式进行了模拟。特别是我们研究的旋转，漂移，波动的形状和团簇形成。
2003-07-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Contrarian compulsions produce time dependent flocking of active particles
具有将它们的速度与它们的邻居的平均速度对齐的趋势的动物可以如Vicsek模型及其变体所示的那样群集。此外，如果他们感觉到一个系统性的反向趋势，结果可能是羊群的时间周期性调整或时间上的倍周期。这是证明了通过分析一个修改后的Vicsek模型的自推进粒子和相应的动力学方程适用于大量的粒子。我们已经进行了稳定性和分岔分析的有序无序过渡到空间均匀的固定或时间周期的解决方案，其特点是其复杂的序参量。与理论预测不同的直接数值模拟表明时空结构的形成。引人注目的是，我们发现，增加通常的对齐噪声可能有利于植绒和最佳的噪声产生最强的可能序参量。
2019-01-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Traveling Bands, Clouds, and Vortices of Chiral Active Matter
我们考虑随机动力学的自推进粒子与非局部归一化排列相互作用的相位滞后。滞后的作用是间接地将手征性产生到粒子运动中。为了理解大尺度的行为，我们推导出一个连续描述的一个活跃的布朗粒子（ABP）流的宏观标度的形式的偏微分方程（PDE）的一个粒子的概率密度函数（DF）。由于间接手征性，我们找到了这类方程的一个新的空间齐次非定常解析解。我们的动力学和流体动力学理论的发展对这样一个解决方案揭示了存在着各种各样的空间非均匀的模式，让人想起的旅行带，云，和旋涡结构的线性活性物质。因此，我们的模型可以作为理解手性活性介质的性质和设计具有指定行为的多智能体群的基础。
2020-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.AO
Kinetic theory and numerical simulations of two-species coagulation
本文研究了两种群混凝的随机过程。该过程包括在环中发生的聚集动力学。粒子和粒子团被设置在这个环中，它们可以顺时针或逆时针移动。当它们与另一个粒子或簇碰撞时，它们有可能聚集形成更大的簇。我们研究的随机过程分析和数值。分析，我们推导出一个动力学理论，近似描述的过程动态。在这方面，我们最强的假设之一是所谓的充分搅拌极限，它允许忽略理论中空间坐标的出现，因此它有效地简化为零维模型。我们确定了这样一个模型的长期行为，强调在一个特殊的情况下，它显示自相似的解决方案。特别是，这些计算回答了系统如何有序的问题，所有粒子和团簇都在长时间内朝着同一方向移动。我们比较我们的分析结果与直接数值模拟的随机过程，既证实了它的预测，并检查其局限性。特别是，我们在数值上证实了动力学理论预测的有序动力学，并探索了我们的理论方法无法访问的随机过程的实现属性。
2014-04-19 cond-mat.stat-mech math-ph math.AP
Noncentral forces mediated between inclusions in a bath of active Brownian rods
使用布朗动力学模拟，我们研究了有效的相互作用之间的两个相同的和不可渗透的磁盘（夹杂物）浸泡在浴缸中的相同的，积极的（自推进），布朗杆在两个空间维度，假设自推进轴的杆通常可能会偏离他们的纵轴。当自推进是横向的（垂直于棒轴），聚集的活性棒周围的夹杂物显着增强，导致更膨胀的空间分层（环的形成）的棒周围的夹杂物，与纵向自推进棒的参考情况相比。因此，横向自推进杆还介导了夹杂物之间的显著更长范围的有效相互作用。浴介导的相互作用的出现是由于围绕夹杂物形成的活性棒环之间的重叠，因为它们被带入小的分离。当自推进轴相对于棒轴倾斜时，我们发现围绕内含物二聚体的活性棒积累的不对称不平衡。这导致了一个非中心的相互作用，具有反平行对横向力分量，因此，浴介导的扭矩的二聚体。
2021-07-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Activity-induced phase separation and self-assembly in mixtures of active and passive particles
我们通过布朗动力学模拟和理论研究了主动（\textit{i.e.}，自推进）和被动等距布朗粒子的单分散混合物的相行为和动力学。在一个纯粹的主动系统中，运动的活性成分触发相分离成一个稠密和稀相;在稠密相，我们进一步发现主动-被动分离，与“筏”的被动粒子在“海”的活性粒子。我们发现，从最初的无序混合物相分离可以发生少至15%的颗粒是活跃的。最后，我们表明，在一个合适的完全隔离的初始状态下制备的系统可重复地自组装一个主动的“电晕”，通过启动一个压缩波触发结晶的被动核心。我们的研究结果是相关的实验追求定向自组装使用活性粒子。
2015-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
