Quantum Brownian motion in ratchet potentials
本文研究了在交变力场作用下棘轮势中量子粒子的动力学行为。我们发展了一个微扰方法弱棘轮势和力场。在这种方法中，我们得到了直流电流整流和电流反转的解析描述。各种限制的情况下，如经典的限制，限制的高或低的频率，和/或高温的运输特性-明确推导。为了深入了解整流电流对相关参数的复杂依赖关系，我们确定了特征尺度，并获得棘轮系统的响应尺度函数。我们特别注意惯性效应，并表明它们通常是相关的，例如，在高温下。我们发现整流电流的高温衰减遵循一个非平凡指数的代数定律，$j\propto T^{-17/6}$。
2002-01-02 cond-mat.stat-mech
Minimal Brownian Ratchet: An Exactly Solvable Model
我们开发了一个精确可解的三状态离散时间最小布朗棘轮（MBR），其中状态之间的转移概率是不对称的。通过求解主方程，我们得到稳态概率。通常，稳态解不显示细致平衡，从而引起MBR中的诱导定向运动。对于一个简化的二维参数空间，我们发现零曲线上的净电流消失和细致平衡举行。在这条曲线上的系统称为平衡系统。在零曲线上，引入了一个额外的外部随机噪声源，以表明在零总驱动力下可以诱导定向运动。我们还指出了有偏随机噪声的失衡行为。
2003-11-04 cond-mat.stat-mech
Using tensor network states for multi-particle Brownian ratchets
对布朗棘轮的研究告诉我们，时间周期驱动如何支持产生非平衡输运的时间周期稳态。当单个粒子在一维中传输时，可以根据电势来合理化电流，但是实验努力已经超越了单体情况，进入了具有许多相互作用的载体的系统。工作与晶格模型的体积排除粒子在一个维度上，我们分析了相互作用的影响上的闪烁棘轮的电流。为了克服多体问题，我们采用了时间相关的变分原理与二叉树张量网络，方法在一个配套文件中详细讨论。张量网络方法不是传播单个轨迹，而是通过可控的变分近似在多体构型上传播分布。的计算，再现吉莱斯皮轨迹采样，确定和解释的最大电流的频率的移位，以更高的驱动频率的晶格占有率增加。
2022-01-12 cond-mat.stat-mech
Flashing subdiffusive ratchets in viscoelastic media
我们研究了周期性和随机闪烁电位中的亚扩散棘轮输运。由于粘弹性环境的影响，中心布朗粒子与周围的辅助布朗准粒子弹性耦合。与布朗运动的标准动力学模型类似，外力只影响中心粒子的运动，而不直接影响环境自由度（见视频）。只需少数辅助布朗粒子就足以模拟许多时间几十年的次扩散。时间调制的潜力违反了热细致平衡的对称性，并诱导异常subdiffusive电流表现出显着的质量在低温下，以及一些其他令人惊讶的功能，如在低温下的饱和，和多个反转的传输方向上的驱动频率的变化在非绝热制度。我们的研究概括了经典的布朗电机在粘性粘弹性环境中工作，如生物细胞的细胞质或致密的聚合物溶液。
2012-01-25 cond-mat.stat-mech
Particle diode: Rectification of interacting Brownian ratchets
研究了在链的一端局部施加交流驱动力的情况下，布朗粒子通过Morse势相互作用的输运。通过数值模拟，我们发现系统可以表现为一个粒子二极管的过阻尼和欠阻尼的情况下。对于低频，禁止从自由端到交流作用端的传输，而允许从交流作用端到自由端的传输。然而，粒子二极管的极性将在中频时反转。存在一个相互作用势阱深的最佳值，在该值处平均速度最大。平均速度$\upsilon$随着系统尺寸$N$以幂律$\upsilon \propto N^{-1}$单调减小。
2012-08-15 cond-mat.stat-mech
The tilted flashing Brownian ratchet
闪烁的布朗棘轮是一个随机过程，交替在两个制度，一个一维的布朗运动和布朗棘轮，后者是一个一维的扩散过程，漂移到一个周期性的非对称性的最小电位。结果是定向运动。在存在沿与定向运动相反的方向作用的静态均匀力的情况下，定向运动效应减小（甚至反转）。这样的过程可以被称为倾斜闪光布朗棘轮。我们展示了如何可以研究这个过程的数值，使用随机游动近似，或等价地，使用数值解的福克-普朗克方程。随机模拟是另一种可行的方法。
2019-01-24 cond-mat.stat-mech math.PR
Solvable model of a many-filament Brownian ratchet
我们构造了一个扩展布朗棘轮模型并精确求解。该模型包括一个任意数量的异质，生长和收缩的细丝一起移动的刚性膜的棘轮机制。该模型与细胞前沿的肌动蛋白丝网络的动力学相似。在该模型中，纤维的生长和收缩是随机的。该模型还包括从依赖于细丝和膜之间的分离的电势得到的力。这些力用于将长丝吸引到膜上或产生防止长丝分散的表面张力。我们推导了N维扩散方程的N个质子-膜分离，它允许稳态概率分布函数在一定的条件下精确计算。这些条件是由线性和二次相互作用势的物理相关的情况下，满足。扩散方程的精确解给出了膜的平均速度和临界系统参数的表达式，对于临界系统参数，系统失速并具有零净速度。在回复力的情况下，膜速度随着力常数的平方根而增长，而一旦引入表面张力，膜速度就减小。
2019-10-02 cond-mat.stat-mech
Information and maximum power in a feedback controlled Brownian ratchet
闭环或反馈控制棘轮是布朗马达，其使用关于系统状态的信息来操作。对于这些棘轮，我们计算的功率输出，我们调查它与反馈控制中使用的信息的关系。我们得到了单粒子和少粒子闪烁棘轮的解析表达式，我们发现，最大功率输出有一个上限成正比的信息。此外，我们表明，从改变最佳的开环棘轮的结果，以闭环棘轮的功率输出的增加也有一个上界，是线性的信息。
2007-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Energy-Efficient Pseudo-Ratchet for Brownian Computers through One-Dimensional Quantum Brownian Motion
Advanced ICT Research Institute, National Institute of Information and Communications Technology（先进ICT研究所，信息通信研究机构）；Department of Electrical and Electronics Engineering, Mie University（电气电子工程系，三重大学）；Department of Physics and Nambu Yoichiro Institute of Theoretical and Experimental Physics (NITEP), Osaka Metropolitan University（物理学系及南部阳一郎理论与实验物理研究所（NITEP），大阪公立大学）；Center for Complex Quantum Systems, The University of Texas at Austin（复杂量子系统中心，德克萨斯大学奥斯汀分校）；Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（工业科学研究所，东京大学）
本文提出基于一维量子布朗运动的伪棘轮机制，利用量子共振效应实现无外部力驱动的单向传输，为布朗计算机提供低能耗计算方案。
2025-05-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Cooperative rectification in confined Brownian ratchets
本文分析了布朗粒子在受限环境中的修正运动。我们表现出强烈的协同性之间的内在整流的棘轮机制和熵的偏差所造成的空间限制的波动。甚至在棘轮和几何约束分别不引起粒子运动的情况下，也可能产生净粒子输运。组合整流效应可以导致取决于颗粒尺寸的双向传输，从而导致分离的新途径。所报道的机制可用于控制介观结构和纳米器件中的传输，其中颗粒在减小的空间中移动。
2012-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Brownian motion and gambling: from ratchets to paradoxical games
两个失败的赌博游戏，当以周期性或随机的方式交替时，可以产生一个获胜的游戏。这个悖论的灵感来自于某些能够纠正波动的物理系统：所谓的布朗棘轮。在本文中，我们回顾了这个悖论，从布朗棘轮集体游戏的最新研究，提供一些直观的解释意想不到的现象，我们会发现前进的道路上。
2014-10-02 cond-mat.stat-mech cs.GT physics.soc-ph
Impact of rough potentials in rocked ratchet performance
我们考虑在具有倾斜过程的空间周期势场中由过阻尼布朗运动模拟的热棘轮，两者平均无偏。我们调查的影响，在潜在的配置文件中引入的粗糙度，在通量和效率的棘轮。表征粗糙度的振幅和波长都是变化的。我们表明，根据棘轮参数，粗糙度可以破坏或提高棘轮性能。
2017-05-02 cond-mat.stat-mech
Efficiency of Brownian Motors
不同类型的布朗电机的效率进行了计算分析和数值。我们发现，电机的基础上闪烁棘轮提出了一个低效率和不可避免的熵产生。另一方面，一类基于电势变化的电动机，称为可逆棘轮，表现出更高的效率，并且熵产生可以任意减小。
1998-03-25 cond-mat.stat-mech
Extended Parrondo's Game and Brownian Ratchets: Strong and Weak Parrondo Effect
受闪烁的棘轮的启发，Parrondo的游戏呈现出一种明显矛盾的情况。Parrondo的博弈由两个独立的博弈组成，博弈A和博弈B.游戏A是一个稍微输的掷硬币游戏。游戏B有两个硬币，带有整数参数$M$。如果当前累积资本（离散单位）是$M$的倍数，则使用不利硬币$p_b$，否则使用有利硬币$p_g$。巧合的是，博弈A和博弈B的组合可能会导致一个获胜的博弈，这就是Parrondo效应。我们扩展了原来的Parrondo的游戏，包括$M$是$M_1$或$M_2$的可能性。此外，我们区分强Parrondo效应，即两个失败的游戏结合起来，形成一个胜利的游戏，和弱Parrondo效应，即两个游戏结合起来，形成一个更好的表现游戏。我们发现，当$M_2$不是$M_1$的倍数时，$B(M_1)$和$B(M_2)$的组合对参数空间$(p_b,p_g)$中的某些子集具有强和弱Parrondo效应，而当$M_2$是$M_1$的倍数时，既没有强也没有弱的Parrondo效应.此外，当$M_2$不是$M_1$的倍数时，博弈A的随机混合可以抵消强Parrondo效应和弱Parrondo效应.在Parrondo的游戏的文献中的离散化计划，我们建立了我们的扩展Parrondo的游戏与离散布朗棘轮的分析之间的联系。我们发现我们的扩展模型的Parrondo效应之间的关系，在一个离散棘轮的宏观偏差。在扩展模型中，棘轮势的斜率可…
2014-05-26 cond-mat.stat-mech
Under rapid undercooling, glass forming liquids freeze in an amorphous state that can equilibrate only on enormously long time-scales, This is the characteristic sign of aging, which has been observed in a wide range of systems. Brownian ratchet is a widely studied system that exhibits many types of anomalous dynamical behavior. We have investigated the possibility of aging in the collective motion of Brownian particles in a periodic ratchet potential with quenched disorder. We find that when a slowly growing fraction of particles are trapped for long time, the collective movement tends to bec…
2022-12-06 cond-mat.stat-mech
Subdiffusive Brownian ratchets rocked by a periodic force
这项工作提出了一个推广的著名的摇摆马尔可夫布朗棘轮领域的反持续非马尔可夫亚扩散粘弹性介质。在具有幂律记忆核$η(t)\propto t^{-α}$（$0<α<1$）的非马尔可夫广义朗之万方程（GLE）描述下，研究了宇称破缺棘轮势中周期性受迫子扩散.结果表明，亚扩散整流电流，定义通过平均位移和亚速度$v_α$，$<δx(t)>\sim v_α t^α/ Γ(1+α)$，出现渐近由于打破的细致平衡对称性的驱动。渐近指数为$α$，与自由子扩散的指数$<δx^2(t)>\propto t^α$相同。然而，根据势垒高度和驱动场强度，到具有一些随时间逐渐衰减的时间依赖性$α_{\rm eff}(t)$的该状态的瞬态$α\leq α_{\rm eff}(t)\leq 1$可能非常慢。与其正常扩散对应物形成鲜明对比的是，在具有频率$Ω\to 0$的绝热驱动的极限中，不存在渐进的异常整流电流，显示出对驱动频率的共振依赖性。然而，异常电流反转发生足够快的驱动，像在正常扩散的情况下。在驱动场的最低阶，这样的整流电流呈现二次响应效应。在微扰区之外，它表现出一个很宽的最大值与驱动场强的关系。此外，异常电流表现出最大值与电位振幅。
2010-03-05 cond-mat.stat-mech
Diffusion accompanying noise induced transport in frictional ratchets
研究了在高斯白噪声涨落存在下，过阻尼布朗粒子在摩擦棘轮系统中的噪声诱导输运。导出了电流和扩散系数的解析表达式，并通过它们的比值讨论了输运的可靠性或相干性。我们发现，摩擦棘轮表现出更大的连贯性相比，闪烁和摇摆棘轮。
2004-09-11 cond-mat.stat-mech
Intrinsic Ratchets
本文提出了一种描述具有内禀不对称性粒子的布朗运动的一般形式，并对无偏含时力场中的漂移行为给出了预言。我们的发现得到了分子动力学模拟的支持。
2008-10-10 cond-mat.stat-mech
Force-dependent diffusion coefficient of molecular Brownian ratchets
研究了三种相关的分子布朗棘轮模型中的平均速度和扩散常数。布朗棘轮可用于描述在孔反侧存在伴侣的情况下，DNA等生物聚合物通过细胞中纳米孔的移位。分子伴侣可以结合到聚合物上，防止它通过孔滑回。首先，我们研究了一个简单的模型，描述了易位的不对称随机游走。它作为一个介绍性的例子，但已经抓住了布朗棘轮的主要特征。然后，我们提供了一个解析表达式的扩散常数在经典模型的易位棘轮，首先提出了由佩斯金等人。该模型基于这样的假设，即伴侣的结合和解结合比DNA链的扩散快得多。为了弥补这一缺点，我们提出了一个修改后的模型，也适用于（非）约束力的利率是有限的。我们计算了这个新模型的力依赖的平均速度和扩散率，并将结果与原始模型进行了比较。我们的分析表明，对于大的拉力，这两种模型的预测可以有很大的不同，即使（联合国）结合率是大的扩散时间尺度相比，但仍然有限。此外，布朗棘轮效率的热力学不确定性关系的影响进行了讨论。
2018-08-03 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Parrondo's games as a discrete ratchet
我们写的主方程描述的Parrondo的游戏作为一个一致的离散化的福克-普朗克方程的过阻尼布朗粒子描述棘轮。我们的表达式，除了提供进一步的洞察棘轮和Parrondo的游戏之间的关系，使我们能够精确地将游戏的概率和棘轮潜力，使周期性的潜力对应于公平的游戏和获胜的游戏产生倾斜的潜力。
2003-02-17 cond-mat.stat-mech
Rocking Subdiffusive Ratchets: Origin, Optimization and Efficiency
我们研究起源，参数优化，和热力学效率的等温摇摆棘轮分数次扩散的基础上广义非马尔可夫朗之万方程的方法。相应的多维马尔可夫嵌入动力学是使用一组弹性耦合到中心布朗粒子的辅助布朗粒子来实现的（见期刊网站上的视频）。我们发现，反常的亚扩散输运出现由于非线性响应和粘弹性效应的相互作用的分数布朗运动在周期性势与破缺的空间反演对称性和驱动的时间周期场。当驱动周期与阱间跃迁的特征时间尺度相匹配时，异常输运对于亚阈值驱动变得最优。它也可以通过改变温度、周期电位的振幅和驱动强度来优化。对载荷所做的有用功与载荷强度呈抛物线关系。它随时间呈次线性增长，相应的热力学效率随时间呈代数衰减，因为驱动场提供的能量随时间呈线性变化。然而，在相当长的时间尺度上，它与正常扩散摇摆棘轮的效率相比很好。
2013-09-26 cond-mat.stat-mech
Information and flux in a feedback controlled Brownian ratchet
我们研究了闪烁布朗棘轮的反馈控制版本，其中闪烁电位的应用取决于被控制粒子的状态。鉴于棘轮作为麦克斯韦的恶魔，我们研究之间存在的关系，作为一个整流器的随机运动和恶魔通过测量收集的信息量的恶魔的性能。在一个简单的测量模型的背景下，我们推导出的反馈棘轮作用于一个粒子和几个粒子时引起的通量的解析表达式，并将这些结果与其开环版本，它的操作没有信息。我们的主要发现是，在反馈的情况下，通量有一个上限成正比的平方根的信息。我们的研究结果提供了一个定量分析的信息反馈棘轮的价值，以及一个有效的描述不完美或嘈杂的反馈棘轮相关的实验应用。
2008-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Reversible Transport of Interacting Brownian Ratchets
数值研究了相互作用布朗粒子在周期性非对称（棘轮）基底中的输运。在零温度状态下，系统表现为可逆步进电机，随着以下参数的变化而经历粒子电流的多次符号反转：钉扎势参数、粒子占据数和激发振幅。反转是由衬底产生的有效棘轮势的对称性和被有效钉扎的粒子的分数的连续变化引起的。在高温和低频率下，热噪声有助于被钉扎粒子的离域，使系统沿着衬底电势的较温和方向恢复净运动。另一方面，高温和高频的联合效应引起额外的电流反转，这一次有利于沿着棘轮电势更陡的方向运动。详细分析了这些性质与棘轮参数和粒子密度的关系。
2008-12-30 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Entropic Ratchet transport of interacting active Brownian particles
相互作用的主动（自推进）布朗粒子的定向运输的数值研究在受限的几何形状（熵障碍）。自推进速度可以打破物质平衡，诱导定向输运。发现活性粒子之间的相互作用对棘轮输运有很大的影响。对于吸引粒子，随着相互作用强度的增加，平均速度先减小到最小值，然后增大，最后减小到零。对于排斥粒子，当相互作用很弱时，存在一个临界相互作用，在该临界相互作用下，粒子的平均速度最小，几乎趋于零;而对于强相互作用，粒子的平均速度与相互作用无关。
2015-05-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Autonomous Ratcheting by Stochastic Resetting
本文提出一种一维周期势中Brownian粒子的随机重置机制，粒子随机重置至当前势阱底部，数值模拟表明在镜像不对称势中该机制能纠正粒子动力学产生最大漂移速度，可解释分子马达和微生物的定向自主运动。
2023-07-12 cond-mat.stat-mech
The Boltzmann factor, DNA melting, and Brownian ratchets: Topics in an introductory physics sequence for biology and premedical students
提出了三个与生物学相关的有偏随机游走的例子：（1）一个DNA解链模型，模拟为DNA解链，它提供了一种方法来说明玻尔兹曼因子在生物学和医学预科学生熟知的场所中的作用;（2）解旋酶马达蛋白在解链双链DNA中的活性，例如，在复制叉处，这是布朗棘轮的一个例子;（3）由肌动蛋白聚合产生的力，这是另一种布朗棘轮，并且确定了肌动蛋白聚合速度的力和肌动蛋白浓度依赖性。
2011-05-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The physical basis for Parrondo's games
几位作者暗示，Parrondo游戏的最初灵感来自一个被称为“闪烁布朗棘轮”的物理系统。这种关系在直觉上似乎很清楚，但令人惊讶的是，它还没有被严格地建立起来。在本文中，我们应用标准的有限差分方法的数值分析的福克-普朗克方程。我们导出了一组有限差分方程，并表明它们具有相同的形式Parrondo的游戏。Parrondo的游戏实际上是一种对Fokker-Planck方程进行采样的特殊方式。物理布朗棘轮已经建成并发挥了作用。希望本文提出的有限元方法能对闪光布朗棘轮的模拟和设计有所帮助。
2002-08-24 cond-mat.stat-mech
ac-driven Brownian motors: a Fokker-Planck treatment
我们考虑交流驱动布朗电机的一个基本模型，即，置于时空周期势中并与热浴耦合的经典粒子。用含时的Fokker-Planck方程研究了涨落和耗散的影响。该方法允许我们将原始的随机问题映射到一个普通的线性代数方程组。该系统的解提供了棘轮输运的完整信息，避免了直接随机计算的长瞬态和大的统计起伏等缺点。福克-普朗克动力棘轮方法是有益的，并打开了进一步推广的空间。
2008-10-31 cond-mat.stat-mech
The motion of a Brownian particle in the presence of Coulomb friction and an asymmetric spatial potential was evaluated in this study. The system exhibits a ratchet effect, i.e., an average directed motion even in the absence of an external force, induced by the coupling of non-equilibrium conditions with the spatial asymmetry. Both the average motion and the fluctuations of the Brownian particle were analysed. The stationary velocity shows a non-monotonic behaviour as a function of both the temperature and the viscosity of the bath. The diffusion properties of the particle, which show several…
2023-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Granular Brownian Ratchet Model
我们通过数值模拟表明，一个非旋转对称的身体，其方向是固定的，其质心只能沿直线导轨滑动，非弹性碰撞与周围的气体粒子的影响下，显示定向运动。我们提出了一个理论，它解释了如何缺乏时间反演引起的碰撞的非弹性可以利用产生一个稳定的平均漂移。在一个重棘轮的限制，我们推导出一个有效的朗之万方程，其参数依赖于系统的微观性质，并获得一个相当好的定量之间的理论预测和模拟流动性，扩散率和平均速度的协议。
2006-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian ratchet in a thermal bath driven by Coulomb friction
无偏波动的矫正，也被称为棘轮效应，通常是在统计非平衡条件下获得的。在这里，我们提出了一个新的棘轮机制，热浴征求随机旋转的非对称轮，这也是由于固体对固体接触库仑摩擦。数值模拟和分析计算表明，净漂移引起的摩擦。如果热浴被颗粒气体所取代，则众所周知的颗粒棘轮效应也会介入，在高碰撞率下成为主导。对于我们选择的车轮形状的颗粒效应的作用方向相反的摩擦引起的扭矩，导致在棘轮方向的反转，碰撞率的增加。我们已经实现了一个新的颗粒棘轮实验，其中观察到这些棘轮效应，以及在它们的交叉处预测的反转。我们的发现为在平衡流体中实现纯粹基于纳米摩擦的微米和亚微米布朗马达铺平了道路。
2013-01-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Directed motion of Brownian particles with internal energy depot
本文讨论了一种布朗粒子模型，它具有从环境中吸收能量，将能量储存在一个内部仓库中，并将内能转化为运动的动能的能力。第二节中概述的一般动力学研究了确定性和随机粒子在无涨落棘轮势中的运动。首先，我们通过计算机模拟讨论了棘轮系统的吸引子结构。依赖于能量的供应，我们发现无论是周期性的约束吸引子对应于本地化的振荡，或一个/两个未绑定的吸引子对应于棘轮势中的定向运动。考虑到粒子系综，我们表明，在确定性的情况下，两个电流到不同的方向可以发生，但这取决于超临界能源供应。考虑到随机影响，我们发现电流只在一个方向上。我们进一步研究了电流反转如何依赖于随机力的强度和势的不对称性。我们找到了一个临界值的噪声强度的电流的发病和一个最佳值，其中净电流达到最大值。最后，我们的模型的动力学进行比较与其他棘轮模型先前建议。
1999-12-17 cond-mat.stat-mech
Brownian ratchets and pumps universally simulate many-body active dynamics
Stanford University（斯坦福大学）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文证明两种简单驱动机制——时间周期哈密顿量耦合冷浴（多体布朗泵）和静态哈密顿量耦合热冷浴（多体布朗棘轮）——能普遍模拟自旋系统中的任意局部主动动力学，并通过概率元胞自动机给出严格证明。
2026-07-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Resonant current in coupled inertial Brownian particles with delayed-feedback control
研究了步行机在摇摆反馈控制棘轮中的运动。步行者由两个耦合的“脚”组成，允许在步行者移动时交换粒子的顺序。在欠阻尼的情况下，步行机在一个倾斜的非对称棘轮与外部周期性的力被认为是确定性的动力学。研究发现，具有开关依赖性的延迟反馈棘轮效应会导致系统的绝对负迁移率（ANM）。在这样一种新奇的现象中，粒子逆着偏压运动。此外，步行机可以针对不同的电流值获得一系列谐振步。值得注意的是，有趣的是发现步行器的谐振电流是由锁相运动引起的，该锁相运动对应于运动与外部驱动的频率变化的同步。这些共振步骤可以很好地预测的时空对称性分析，这是很好的协议与动力学模拟。通过适当调整延迟反馈棘轮的参数，可以优化并进一步控制传输性能。
2017-02-08 cond-mat.stat-mech
Active Brownian Motion Models and Applications to Ratchets
本文综述了近年来关于主动布朗运动（ABM）模型的研究进展，ABM模型与油藏耦合，油藏提供自由能，自由能可以转化为运动的动能。首先，我们介绍了一个一般的概念，主动布朗粒子是能够采取能源的来源和转换它的一部分，以执行各种活动。在第二部分中，我们的演示文稿，我们考虑应用ABM棘轮系统具有不同形式的可微潜力。分析和数值评估讨论了三种情况下的正弦，阶梯状和Mateos棘轮电位，也与倾斜的潜在结构建模的附加载荷。此外，考虑高斯白噪声扰动的动力学的随机特性进行了研究，这是负责驱动的棘轮中的渐近通量的方向性。这种\textit{stochastically driven directionality}效应被可视化为右与左运动轨迹的统计的强非单调依赖性，导致粒子的净流。本文还简要讨论了棘轮系统在分子马达中的应用
2008-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.data-an
A "Burnt Bridge'' Brownian Ratchet
受分子马达的偏置扩散的启发，我们研究了一维晶格上的随机行走，其中包含受行走器影响的弱连接（称为“桥”）。也就是说，当步行者穿过桥时，桥以概率p被摧毁;步行者不允许再次穿过它，这导致定向运动。对于等距桥，步行者的速度通过解析确定。p=1的特殊情况更容易处理--速度和扩散常数都是针对桥梁的不相关位置计算的，包括周期性和随机分布。
2005-04-26 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Dominance of extreme statistics in a prototype many-body Brownian ratchet
许多形式的细胞运动依赖于布朗棘轮机制，涉及多个随机过程。我们提出了一个计算和理论研究的非平衡统计动力学这样一个多体棘轮，在特定形式的一个不断增长的聚合物凝胶，推动扩散障碍。我们发现，经常被忽视的相关性之间的构成细丝的影响稳态动力学和显着耗尽凝胶的密度在其前沿的分子距离。这些行为被捕获定量的自洽理论在细丝的空间分布的极端波动。
2014-11-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
An optical model for an analogy of Parrondo game and designing Brownian ratchets
建立了经典光子通过多个分束器阵列传输的光学模型，给出了Parrondo博弈和Parrondo-Harmer-Abbott博弈的物理类比。我们证明了这两个博弈都是合理的博弈，不存在所谓的博弈悖论，并且它们在本质上是相同的。在循环格上设计了具有长期记忆的博弈和历史纠缠博弈。最近两轮博弈之间的强相关性可以使两个失败博弈的组合赢、输或在赢和输之间振荡。布朗棘轮中的周期势类似于一长串分束器。两个相邻势阱之间的耦合等效于两个耦合分束器。这种对应关系可以帮助我们理解例外的布朗粒子的反常运动，它们的运动方向与大多数粒子相反。我们设计了一个游戏的资本波，通过引入相关性到独立的资本，而不是子游戏。在许多耦合的经典博弈中玩纠缠的量子态遵循着在多体物理学中操纵量子态的相同规则。
2010-10-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Brownian motors: noisy transport far from equilibrium
研究了远离热平衡的空间周期系统中的输运现象。主要强调的是在所谓的布朗电机（棘轮），即耗散动力学的存在下的热噪声和一些原型扰动，驱动系统的平衡，而不引入先验的一个明显的偏见到一个或另一个方向的运动的定向运输。定向电流的出现（或不出现）的对称性条件，其反转后的某些参数的变化，和定量的理论预测特定的模型进行了审查，以及各种各样的实验实现和生物学应用，特别是分子马达的建模。扩展包括量子力学和集体效应，哈密顿棘轮，空间无序的影响和扩散输运。
2001-09-04 cond-mat.stat-mech
Noise induced currents and reliability of transport in frictional ratchets
研究了在高斯白噪声涨落存在下，过阻尼布朗粒子在摩擦棘轮系统中输运的相干性。导出了该系统的粒子速度和扩散系数的解析表达式，并通过它们与无量纲P $\acute{e}$ clet数之比分析了输运的可靠性或相干性。我们表明，在运输的连贯性可以增强或退化敏感地依赖于摩擦配置文件相对于潜在的。
2005-01-06 cond-mat.stat-mech
Asymmetry-controlled resonant transport in a Brownian flashing ratchet
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育研究院摩哈利分校）；Tata institute of fundamental research（塔塔基础研究所）
该研究针对带分段线性不对称周期势的一维布朗闪烁棘轮，通过数值模拟揭示其稳态电流对切换频率的非单调依赖关系，明确了共振频率的标度规律并给出物理解释。
2026-09-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven Ratchets for Cold Atoms
布朗马达或棘轮是“矫正”布朗运动的装置，即它们可以产生无偏波动的粒子流。棘轮效应是一个非常普遍的现象，适用于广泛的物理系统，实际上棘轮已经实现了各种固态设备，光学陷阱设置以及合成分子和颗粒气体。本文综述了近年来在受驱动光晶格中实现冷原子交流驱动棘轮效应的实验研究。对于布朗马达来说，这是一个非常不寻常的系统，因为没有真正的热浴，原子的周期势和涨落都由激光场决定。这样一个系统使我们能够实现实验摇摆和门棘轮，并精确地调查在这些棘轮对称性和运输之间的关系，无论是周期性和准周期性驱动的情况下。
2011-12-05 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Brownian ratchets driven by asymmetric nucleation of hydrolysis waves
我们提出了一个随机过程，其中介导的一维基板上的域的不对称成核的分子运输。轨道驱动的分子转运机制出现在生物物理应用中，如霍利迪连接定位和胶原酶持续合成能力。相反，分子马达，水解核苷酸三磷酸和经历局部分子构象的变化，我们表明，不对称成核的轨道上的水解波也可以导致定向运动的附着粒子。在每个晶格位点上的"水解“和"未水解”状态之间的不对称合作动力学产生移动的畴壁，其推动位于轨道上的粒子。我们使用一种新的波动框架，有限段平均场论，准确地计算稳态速度的驱动粒子，并发现参数制度，产生最大的域壁通量，导致最佳的粒子漂移。
2007-05-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian ratchets: How stronger thermal noise can reduce diffusion
研究了在反射对称性破缺的周期结构棘轮基底上运动的惯性布朗马达的扩散性质。电机由无偏的时间周期对称力驱动，该力使系统脱离热平衡。对于选定的参数集，该系统是在一个非混沌的制度，我们可以确定一个非单调依赖的扩散系数对温度：对于低温，它最初随着温度的增长而增加，通过其局部最大值，接下来开始减少，达到其局部最小值，最后它单调增加根据爱因斯坦线性关系。特别有趣的是扩散被抑制的热噪声的温度区间，我们解释这种效果的三态随机模型的过渡率。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Discrete--time ratchets, the Fokker--Planck equation and Parrondo's paradox
Parrondo的游戏表现出明显的悖论，即失败的策略可以结合起来赢得，并在文献中产生了重大的多学科兴趣。在这里，我们回顾了最近的两种方法，基于福克-普朗克方程，严格建立Parrondo的游戏和一个物理模型之间的连接被称为闪烁布朗棘轮。这就产生了一组新的Parrondo的游戏，其中原来的游戏是一个特殊的情况。对于第一次，我们通过离散时间马尔可夫链（DTMC）分析，产生获胜率方程和探索的参数空间的矛盾行为发生的新的游戏进行了完整的分析。
2003-08-29 cond-mat.stat-mech
Mechanical coupling in flashing ratchets
通过研究等间距点粒子组成的棒状链的过阻尼行为，研究了具有内部结构的刚性物体在闪烁棘轮势中的输运问题。在1D中，分析论证表明，响应于改变链的尺寸或热浴的温度，速度可以多次反向。物理原因是，机械耦合的物体所经历的有效电势可以具有与单个物体不同的对称性。所有的分析预测证实了布朗动力学模拟。这些结果可能提供一个简单的，粗粒度的分子马达运输模型，将一个对象的大小和旋转自由度的运输机制。
2006-02-04 cond-mat.stat-mech
White noise flashing Brownian pump
研究了由随机闪烁棘轮机制驱动的粒子布朗泵。泵送装置嵌入在有限区域中，并由颗粒储存器限定。在稳定状态下，我们精确地计算了空间密度分布，两个水库之间的浓度比和粒子通量。一个简单的数值方案，允许所有这些可观察到的量的一致评价。
2007-09-06 cond-mat.stat-mech
Diffusion anomalies in ac driven Brownian ratchets
我们研究棘轮系统中的扩散。作为一个特殊的实验实现，我们考虑一个不对称的SQUID受到外部交流电流和恒定的磁通量。我们分析均方位移的约瑟夫森相位，并发现在选定的参数制度，它演变成三个不同的阶段：最初作为超扩散，其次作为次扩散，最后作为正常扩散的渐近长时间限制。我们展示了如何交叉时间，分离这些阶段可以控制温度和外部磁通量。前两个阶段可以持续比系统的特征时间尺度长许多个数量级，因此可以通过实验舒适地检测到。异常行为的起源与电势的棘轮形式有关，揭示了异常扩散出现的全新机制。此外，正常的扩散系数表现出非单调的温度依赖性，导致一个有趣的现象，热噪声抑制扩散。实验验证我们的研究结果的建议设置提供了一个新的和有前途的试验场调查扩散现象的异常。
2016-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
A Stochastic Analysis of a Brownian Ratchet Model for Actin-Based Motility and Integrate-and-Firing Neurons
在最近对{ \it单核细胞增生李斯特菌}运动性{ \em in vitro}的单粒子跟踪（SPT）测量中，对细菌运动的基于肌动蛋白的随机动力学进行了统计分析（Kuo和McGrath，2000）。去趋势轨迹的均方位移（MSD）表现出线性行为;有人建议，对布朗棘轮模型（Peskin，Odell，& Oster，1993）的相应分析导致非单调MSD。提出了一种简化的布朗棘轮模型，当其运动受到细菌运动的限制时，并对模型进行了随机分析。简单模型的分析结果，并进行了统计数据分析。随机细菌运动的MSD是一个二次函数，而趋势消除轨迹的MSD是线性的。通过MSD分析得到了推进菌在长时间内的平均速度和有效扩散常数，以及短时间内的弛豫时间。当细菌施加较大的阻力时，肌动蛋白与细菌之间间隙的MSD呈现振荡行为。肌动蛋白为基础的运动的随机模型在数学上也相当于一个模型的集成和发射神经元。因此，我们的数学结果在其他生物学问题中也有应用。为了比较，连续形式主义的BR模型具有很大的分析简单性也进行了研究。
2001-06-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Enhanced thermodynamic efficiency in time asymmetric ratchets
在绝热极限下，研究了锯齿势中存在时间非对称强迫时过阻尼布朗粒子的能量效率。在文献中对同一问题的早期工作中所犯的一个错误被纠正。我们发现，不对称的潜在的时间不对称的强迫导致更高的效率没有微调的参数。其根源可追溯到反向电流的抑制。我们还提出了一个连续和不连续的棘轮力对这些可测量的量的作用之间的比较研究。我们发现，热涨落可以优化能量转换，但参数的范围是非常小的。该棘轮模型还显示了即使在绝热状态下参数调整时的电流反转。电流的性质，熵产生和输入能量之间的可能的关系也被处理。
2005-02-09 cond-mat.stat-mech
Moving against the odds with a cyclic active Brownian ratchet: current enhancement and reversal
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Institute for the Dynamics of Complex Systems, University of Göttingen（哥廷根大学复杂系统动力学研究所）；Laboratoire Charles Coulomb (L2C), Université de Montpellier, CNRS（蒙彼利埃大学查尔斯·库隆实验室（L2C），法国国家科学研究中心）
通过周期性调制活性粒子自推进力，在非对称势中实现电流增强与方向反转，为活性粒子选择性分选提供动态控制手段。
2026-10-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum Suppression of Ratchet Rectification in a Brownian System Driven by a Biharmonic Force
我们严格研究了基于Caldeira-Leggett哈密顿量的双谐力周期势模型描述的棘轮系统的量子耗散动力学。在这个模型中，我们使用减少层次方程的运动在维格纳空间表示。这些方程代表了Tanimura和Wolynes（1991）引入的Gaussian-Markovian量子Fokker-Planck方程的推广，该方程被制定用于研究有限温度下的非马尔可夫和非微扰热效应。这种形式允许我们处理经典极限和隧穿机制，并且有助于通过维格纳分布的时间演化来识别纯量子力学效应。我们进行了广泛的计算的经典和量子电流的各种温度，耦合强度和势垒高度。我们的结果表明，在低温下，虽然量子电流是大于在高势垒的情况下的经典电流，在低势垒的情况下，相反的是真实的。我们发现，这一行为的结果，隧道增强电流的情况下，一个高的势垒，而它抑制电流的情况下，一个低的势垒。这是因为在低势垒的情况下，由于隧穿引起的分布的大分散，棘轮势的影响很弱。这导致棘轮电流所需的时空不对称性变弱，结果，净电流被抑制。
2013-05-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal potentials for temperature ratchets
在空间周期性的温度分布中，过阻尼布朗粒子的定向输运可以沿周期性势诱导。在对粒子施加负载力的情况下，该设置可以作为热机来执行。对于给定的负载，最佳电势使电流最大化，从而使热机的功率输出最大化。我们计算不同的温度曲线的最佳潜力，并表明，在两个温度之间交替的周期性分段恒定的温度曲线的限制，最佳电位导致发散电流。这种发散是过阻尼极限和界面处无限温度梯度的影响，在任何实际实验中都会被切断。
2009-04-02 cond-mat.stat-mech
Thermally activated barrier crossing rate for a coupled system moving in a ratchet potential
采用绝热消去快变量的方法，研究了二聚体在分段线性势能面上作布朗运动时，热激活势垒跨越率对各种模型参数的依赖关系.通过引入一个不同的模型系统和方法比以前的作品\cite{c4,c5}，我们不仅夺回以前的结果，但我们进一步表明，系统消除的快速变化的变量导致一个有效的Kramers型潜力。结果表明，对于刚性二聚体，逃逸率$R$随$k$单调下降。另一方面，在存在时变力的情况下，信噪比（SNR）在特定势垒高度$U_{0}$处达到明显的峰值。
2014-07-14 cond-mat.stat-mech
