Dynamical clustering and phase separation in suspensions of self-propelled colloidal particles
我们研究了（准）二维胶体悬浮的自推进球形颗粒的实验和数值。这些颗粒是碳涂层的Janus颗粒，由于近临界水-卢剔啶混合物中的扩散泳动而被推进。在低密度，我们发现，驱动稳定小集群。在较高密度下，悬浮液经历相分离成大的团簇和稀气相。相同的定性行为中观察到的一个极小模型的排斥性自推进粒子缺乏任何对齐相互作用的模拟。观察到的行为是合理的动力学不稳定性，由于自陷的自推进粒子。
2013-05-17 cond-mat.soft
Clustering Dynamics of SiO2-Pt Active Janus Colloids
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究SiO2-Pt活性Janus胶体在动态聚集体 regime 中的聚集体动力学，揭示了聚集体形成机制的转变及预测性描述。
2026-01-07 cond-mat.soft
Field driven cluster formation in two-dimensional colloidal binary mixtures
该研究模拟外电场下尺寸与电荷不对称的二元带电胶体，发现驱动力超过临界值时形成团簇，并伴随大颗粒振动中的稳定波包。
2023-04-06 cond-mat.soft nlin.PS
Dynamic clustering in active colloidal suspensions with chemical signaling
在本文中，我们实验研究了自推进胶体的致密活性悬浮体的相行为。除了观察到的固体状和气体状相的高密度和低密度，一种新的簇相的报告在中间密度。这是一种致密聚集体的静止集合体，其平均尺寸随着活动而增长，作为自推进速度的线性函数。虽然可以考虑不同的可能的dupi来解释这些观察结果-例如最近提出的通用速度减弱不稳定性-，我们表明，实验结果是由一个趋化聚集机制，最初引入考虑细菌聚集，并在这里考虑胶体游泳者之间的扩散泳化学相互作用。
2012-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Population-balance description of shear-induced clustering, gelation and suspension viscosity in sheared DLVO colloids
Adolphe Merkle Institute, University of Fribourg（弗里堡大学阿道夫·默克尔研究所）；Department of Chemical Engineering and Biotechnology, Cambridge University（剑桥大学生物化学工程系）；Institute for Chemical and Bioengineering, Department of Chemistry and Applied Biosciences, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院化学与应用生命科学学院化学与生物工程研究所）
研究通过群体平衡模型揭示剪切流诱导胶体聚并、凝胶化及粘度变化的非平衡动力学机制。
2016-05-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Which Interactions Dominate in Active Colloids?
尽管有越来越多的证据表明，活性胶体用于游泳的相同梯度会引起重要的交叉相互作用（泳动相互作用），但在大多数多体描述中，它们仍然被忽略，也许是为了避免复杂性和未知参数的动物园。在这里，我们推导出一个简单的模型，它减少了泳远场相互作用对相互作用的强度主要是由一个真正的参数（游泳速度）控制。该模型表明，泳相互作用是一般重要的自泳胶体（除非有效的筛选的泳场是强大的），并应占主导地位的典型情况下的半涂层和适度不均匀的表面流动性的流体动力学相互作用。不同于标准的极小模型，但根据规范的实验，我们的模型一般预测在低密度的活性胶体的动态聚类。这表明，动态集群可以出现从筛选电泳吸引力和积极的扩散的相互作用。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium condensation and coarsening of field-driven dipolar colloids
在胶体悬浮液中，自组织过程可以很容易地由外部场推动。一类特别有趣的现象发生在由旋转外场驱动的偶极粒子单层中。在这里，我们报告的结果，从计算机模拟研究这样的系统集中在最近的实验中也观察到的聚类行为。本文的主要结果是一个新的解释这种斑图形成现象：我们显示的集群是一个汽-液一级相变的副产品。事实上，观察到的动态粗化过程对应于在这种转变期间发生的旋向分层
2012-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active noise-induced dynamic clustering of passive colloids
针对活性流体驱动软材料形成可控结构的挑战，本文提出基于时空相关噪声场模拟粒子运动的计算方法，通过调控活性流体相关参数实现二维和三维排斥性胶体的动态自组织，为功能组装体设计提供支撑。
2025-02-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Clustering effects on the diffusion of patchy colloids in disordered porous media
将Enskog理论推广到描述无序多孔介质中斑片状胶体流体的自扩散系数。该理论包括流体-流体和流体-基质对分布函数的接触值，其被修改以包括来自所谓的探针颗粒孔隙度$ϕ$的依赖性，以便正确地描述由基质捕获流体颗粒的效果。流体-流体和流体-矩阵对分布函数的修正接触值的建议表达式包括三项。也就是说，我们在以前的工作[Holovko M。F.、科瓦茨卡湾是的，康登斯物质物理学，2020，23，23605]，耗尽贡献与团簇-团簇和团簇-基质排斥以及团簇内部的分子内关联有关。结果表明，最后一项导致显着降低的自扩散系数在低流体密度。随着基质孔隙度的降低，这种影响变得越来越弱。对于中间流体密度，耗尽的贡献导致增加的自扩散系数相比，硬球流体。对于足够稠密的流体，由于硬球效应，自扩散系数强烈降低。团簇的大小和类型以及多孔介质的参数的影响进行了研究和详细讨论。
2021-10-09 cond-mat.soft
Structure and thermodynamics of a mixture of patchy and spherical colloids: a multi-body association theory with complete reference fluid information
具有短程定向相互作用的溶剂颗粒和具有短程各向同性相互作用的溶质颗粒的混合物可以多次结合，这是理解液体和胶体混合物的基本兴趣。由于多体关联，预测这类系统的结构和热力学仍然是一个挑战。早期马歇尔和查普曼发展了一个理论，其中由于相互作用的关联效应乘以配分函数，用于参考硬球系统中的粒子聚集。多体效应被纳入到聚类过程中，在他们的工作中，在没有散装介质。然后在二阶微扰方法内近似建模本体溶剂效应。然而，他们的方法是不够的，在高密度和大的关联强度。基于这样的想法，即在一个定义的协调体积周围的溶质的溶剂的集群有关的在该定义的协调体积的占有统计，我们开发了一种方法，将完整的信息硬球集群在散装溶剂在感兴趣的密度。从增强的采样模拟，但我们也开发了一个简洁的参数形式来模拟这些概率的准化学理论的解决方案。我们表明，将完整的参考信息的结果在一个方法，可以预测的键合状态和热力学的胶体溶质的系统条件范围很广。
2016-05-20 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effect of self-propulsion on equilibrium clustering
在平衡状态下，由短程吸引力和长程排斥力控制的胶体悬浮液形成化学稳定的团簇。使用布朗动力学的计算机模拟，我们研究如何影响这种平衡聚类时，这样的粒子是自我推进。我们发现，集群过程是稳定的自推进。对于研究的相互作用参数的范围内，在低颗粒密度，集群的大小与自推进（活动）的速度增加，并为更高的活动集群的大小减小，显示出非单调变化的集群大小与活动。这种聚集行为不同于在显著更高的活动和密度下观察到的自推进颗粒的纯动力学（或运动诱导）聚集。我们提出了一个平衡模型，将活动引起的吸引力和排斥力的影响，这些相互作用的强度取决于活动超线性。该模型解释了半定量模拟得到的活动的集群大小的依赖。我们的预测在相互作用的合成胶体微游泳者的实验中得到了验证
2015-08-14 cond-mat.soft
Dynamical steady-states of active colloids interacting via chemical fields
利用布朗动力学模拟方法研究了单层化学活性自泳胶体的动力学稳态随填充率和自推进速度的变化关系。我们专注于一个化学场诱导竞争的吸引力的位置和排斥取向的相互作用的情况下。通过分析团簇的尺寸分布、局域密度分布以及六角序参量，我们区分出四种不同的动力学状态：坍缩态、活性气体态、动力学团簇态和运动诱导相分离态.长程化学场诱导的相互作用将运动诱导的相分离（MIPS）的发生转移到中等自推进速度下的非常低的填充分数。我们还发现，在最大的集群中的粒子的分数是一个合适的序参量表征动态相变从一个活跃的气体或动态集群稳定状态相分离状态时，增加的包装分数。序参量在中间自推进速度下从活性气体到MIPS-like状态时不连续地变化，而在较大的活性下连续地变化，其中系统经历从动态聚集状态到MIPS-like状态的过渡。
2022-03-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Crowding induced clustering under confinement
我们提出了朗之万动力学模拟研究的集体行为的驱动粒子嵌入在一个密集的背景组成的被动粒子。根据驱动力，驱动和被动粒子的密度，以及温度，我们观察到的驱动粒子的动态相分离，在紧带聚集在一起。我们探讨了驱动这种团簇形成的机制，并确定了这种相分离的临界条件。一个简单的物理图像解释了在被驱动的星系团前面发展的拥挤区的形成和随后的增长。该模型正确地捕捉到了随时间变化的观测尺度。我们分析了这种集群过渡的影响，在稠密的颗粒流，由于非单调依赖于所施加的驱动力是不直接优化的驱动运输。我们提供了一个直接应用的聚类效应的概念验证，并提出了一个“胶体色谱”，一个设置，允许胶体的质量或大小的分离。
2015-07-17 cond-mat.soft
Dynamics of cluster formation in driven dipolar colloids dispersed on a monolayer
我们报告了在准二维系统中，由旋转外场驱动的偶极胶体粒子的团簇形成的计算机模拟结果。我们专注于永久偶极和流体动力学相互作用之间的相互作用及其对粒子的动力学行为的影响。这包括他们的个人以及他们的集体运动。为了研究这些特性，我们采用布朗动力学模拟的有限系统与流体动力学相互作用。我们的研究结果表明，特别是从流体动力学相互作用的平行-旋转耦合有着深远的影响的集群行为。
2012-12-06 cond-mat.soft
Phase separation of passive particles in active liquids
胶体颗粒在活性液体中的输运特性已被广泛研究。它导致了对被动和主动粒子之间相互作用的更深入理解。然而，胶体颗粒在活性介质中的相行为却很少受到关注。在这里，我们提出了一个相结合的实验和数值研究的被动胶体分散在悬浮液中的活性颗粒。我们的研究揭示了动态群集的胶体在活性介质中由于活性噪声和有吸引力的有效电位之间的相互作用的胶体。胶体颗粒与细菌的大小比例决定了相互作用的强度。随着胶体相对尺寸的增加，有效电势变得更强，团簇的平均尺寸增大。模拟揭示了宏观相分离的被动胶体在足够大的尺寸比。我们将介绍密度涨落和流体动力学相互作用在有效相互作用的出现中的作用。
2023-01-27 cond-mat.soft
Self-reconfiguring colloidal active matter
本文提出能自发重构结构的活性胶体分子，通过解耦重取向动力学与旋转扩散实现自转向和规避，从而抑制动态聚集与相分离，为超越传统合成活性物质的自主运动提供新路径。
2024-12-31 cond-mat.soft
Interrupted Motility Induced Phase Separation in Aligning Active Colloids
在相对致密的活性Janus胶体系统中开启高活性，我们观察到快速成簇，然后簇聚集到完全相分离。然而，当足够大的团簇开始分裂时，相分离过程被中断。集群大小分布作为时间的函数，我们确定三个连续的动力学制度。跟踪粒子的位置和方向，我们的特点是在不断增长的集群的结构排序和对齐，从而揭示在这些制度中发挥作用的机制。特别是，我们确定如何相邻粒子之间的对齐是负责中断的全相分离。这项实验研究，它提供了第一个大规模的观察活性胶体中的相分离动力学，结合单粒子分析的本地机制，指向新的物理观察时，对齐和短程排斥。
2019-02-21 cond-mat.soft
Living clusters and crystals from low density suspensions of active colloids
最近旨在研究细菌菌落的人工类似物的研究表明，限制在两个维度中的自推进颗粒的低密度悬浮液可以组装成合并和分裂的有限聚集体，但具有保持恒定的典型大小（活簇）。在这封信中，我们解决了在三维空间中形成活性粒子的活性簇和晶体的问题。我们研究两个系统：通过一般吸引势相互作用的自推进颗粒和由于活性剂（例如通过分子马达）而可以朝向彼此移动的胶体。在这两种情况下，流体状的“生命”集群形成。我们解释这个一般特征的积极力量和回归热力学平衡之间的平衡。这种平衡可以用一个无量纲的数字来量化，它允许我们将观察到的聚类行为折叠到一条通用曲线上。我们还讨论了如何积极的运动影响晶体形成的动力学。
2014-02-13 cond-mat.soft
Sliding states of a soft-colloid cluster crystal: Cluster versus single-particle hopping
我们研究了一个二维模型的相互作用的胶体粒子，显示自发聚类。在这个模型中，我们调查之间的竞争钉扎到一个周期性的电势，和一个横向恒定的拉力，这将促进滑动状态。对于几个样本的粒子密度和振幅的周期性自旋势，我们研究了从静态钉扎到动态滑动制度的脱钉。这种滑动状态表现出两种动力学之间的竞争，一种是整个团簇从最小值被拉到下一个，另一种是单个胶体或更小的基团离开团簇并移动穿过势能垒，在力的方向上加入下游的下一个团簇。这两种滑动状态可以在整个样品中相干地发生，也可以异步地发生：这两种状态导致不同的平均迁移率。有限的温度往往会破坏单独的滑动制度，产生一个更平滑的依赖于驱动力的流动性。
2018-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Origin and Detection of Microstructural Clustering in Fluids with Spatial-Range Competitive Interactions
具有竞争性短程吸引力和长程排斥力的流体模拟电荷稳定的胶体的分散体，其可以显示具有中程有序（IRO）的平衡结构，包括粒子簇。使用模拟和分析理论，我们演示了如何检测团簇形成在这样的系统中的静态结构因子和澄清链接到宏观相分离在纯粹的吸引力的参考流体。我们发现，集群出现时，编码在IRO峰的结构因子的热相关长度超过粒子间排斥的特征长度尺度。我们还确定了定性的差异之间的动态系统，形成无定形与微晶簇。
2015-04-15 cond-mat.soft
Self-assembling paramagnetic colloids in oscillating magnetic fields
在所谓的活性流体中，已经观察到许多迷人的现象，例如大规模的集体流动，增强的流体混合和斑图形成。活性流体由能够吸收能量并将其耗散到流体介质中的颗粒组成。为了研究流体动力学相互作用在活性流体的集体行为中的作用，我们选择了一个模型系统：浸没在水中的顺磁性颗粒，并被振荡磁场激活。磁场在顺磁性颗粒之间感应磁吸引，激活颗粒，并将能量注入流体。在许多循环中，颗粒聚集在一起并形成簇。然而，为了形成团簇，颗粒必须克服粘性阻力。我们调查的粘度和磁性的相对作用。当粘度的作用很重要时，颗粒不能形成大的团簇。但是当磁性的作用很重要时，粒子迅速形成有组织的大簇。我们在这个流体动力学视频中的结果表明，粘性应力减缓了自组装胶体系统中的成簇速率，并减小了簇的大小。
2013-11-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Ostwald-like ripening in the two-dimensional clustering of passive particles induced by swimming bacteria
研究运动细菌悬浮液中微米珠粒的二维动态聚集，揭示其由短程细菌诱导吸引力驱动，并在长时间呈现类 Ostwald 熟化的 t^(1/3) 生长规律。
2023-04-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active matter, microreversibility, and thermodynamics
活性物质是生物和物理系统中常见的物质状态，它包括许多在流体或更复杂的环境中相互作用和运动的活性物质。活性物质系统就其本质而言是以非平衡态存在的。在本文中，活性剂是小的Janus胶体颗粒，其使用由在其表面上发生的化学反应提供的化学能通过扩散电泳机制进行推进。由于这些胶体之间的相互作用，无论是直接或通过流体速度和浓度场，它们可以共同作用，形成结构，如动态集群。一个一般的非平衡热力学框架描述这样的系统，占两个自我diffusiophoresis和diffusiophoresis由于外部浓度梯度，是一致的微观可逆性。它预测存在的互惠效应的扩散电泳回到反应速率的整个收集的胶体在系统中，以及存在的聚类不稳定性，导致非平衡不均匀的系统状态。
2020-03-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Quorum sensing of light-activated colloids in nematic liquid crystals
本研究提出一个实验平台，展示分散在向列型液晶中的光激活胶体可通过独特自驱动机制实现运动模式切换与群体感应，进而引发聚集相分离，为利用液晶和胶体特性创造类生命自适应材料提供了新途径。
2025-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Clustering and emergent hyperuniformity by breaking microswimmer shape and actuation symmetries
该研究针对活性胶体系统中微观参数对集体动力学调控机制不明的问题，以扁球形微泳体为对象，通过动力学理论与边界元法证明打破形状和驱动对称可形成稳定簇及大尺度超均匀结构，揭示了纯流体动力学自组织机制，为材料设计提供新策略。
2025-06-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamic Phases, Clustering, and Lane Formation for Driven Disk Systems in the Presence of Quenched Disorder
我们数值研究了二维单分散排斥盘在随机淬火无序驱动下的动力学相和斑图形成。我们发现，有一系列不同的动态制度作为一个功能的增加驱动器，包括一个堵塞或堆积相附近脱钉，一个均匀的无序流动状态，和一个动态相分离制度组成的高密度的结晶区域包围的低密度的无序磁盘。在最高驱动器处，磁盘排列成一维移动通道。相分离的制度有平行的活性物质系统中观察到的相分离，并出现在磁盘系统由于非平衡涨落和密度相关的迁移率的组合。我们讨论了这个系统如何表现出显着的差异，从以前的研究驱动粒子移动随机基板的粒子，如超导涡旋或电子晶体，有较长的范围排斥相互作用，并在动态相分离和强的一维移动链效应没有观察到。我们考虑的系统可以通过实验实现，使用空间相互作用的胶体驱动随机钉扎阵列或准二维颗粒物质流过粗糙的景观。
2016-08-15 cond-mat.soft
Dynamical Clustering Interrupts Motility Induced Phase Separation in Chiral Active Brownian Particles
活性物质中最有趣的现象之一是在排斥性活性粒子中观察到的类气-液运动诱导相分离（MIPS）。然而，实验上没有一个粒子可以是完美的球形，并且不对称的形状、质量分布或催化涂层可以在粒子上诱导主动扭矩，这使其成为手性活性粒子。在这里，使用计算机模拟和动态平均场论，我们证明了足够大的扭矩的圆形活性布朗粒子（cABPs）在二维产生一个动态的集群状态中断传统的MIPS。多重团簇是由常规MIPS内聚和环流引起的衰变相结合而产生的。非平衡稳态中的非零电流微观上来源于自动旋转“释放”的能动性，它打破了连续统水平上的细致平衡。这表明，没有平衡类相分离理论可以构建手性活性胶体，即使是微小的主动扭矩，其中没有可见的集体运动存在。这种机制也揭示了在各种活性物质系统中观察到的动态集群的理解。
2021-12-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Clustering of Self-Propelled Triangles with Surface Roughness
自推进颗粒可以在称为运动诱导相分离的过程中从稀悬浮液自发地形成致密相。所形成的非平衡结构的性质由粒子相互作用的细节和活动的强度决定。到目前为止，对这些结构形成的大多数研究都集中在具有各种相互作用势的球形胶体、哑铃和棒状颗粒上。只有少数研究已经检查了更复杂的颗粒形状的集体行为。在这里，我们增加了几何复杂性，并使用分子动力学模拟来考虑由表面粗糙的三角形自推进粒子形成的结构。这些三角形要么向其顶点移动，要么向其底部移动，即，它们具有极性。我们发现，顶点定向三角形集群更容易，更稳定，并有一个更平滑的集群接口比他们的基地定向同行。两种极性之间的差异与[H. H. Wensink等人，E89，010302（R）（2014）]，然而，当涉及到聚类时，我们获得了相反的结果，即顶点定向的颗粒更容易聚类。我们进一步表明，减少表面粗糙度的基础导向结构的稳定性产生负面影响，这表明它们的形成在很大程度上是由于表面粗糙度。我们的研究结果奠定了坚实的基础，为未来的实验和计算研究粗糙度对游泳运动员的集体动力学的影响。
2016-09-07 cond-mat.soft
Computer Assembly of Cluster-Forming Amphiphilic Dendrimers
最近的理论研究预测了一种新的软物质粒子的成簇机制，这种粒子通过某种纯粹的排斥性、有界势相互作用。在足够高的密度下，在流体中形成重叠颗粒的簇，其在进一步压缩时结晶成具有与密度无关的晶格常数的立方晶格。在这项工作中，我们表明，两亲性树枝状聚合物是合适的胶体实验实现这一现象。因此，我们为合成这样的大分子铺平了道路，这些大分子构成了一类具有不寻常特性的新型材料的基础。
2007-08-31 cond-mat.soft
Role of Translational Noise in Motility-Induced Phase Separation of Hard Active Particles
ICTP-South American Institute for Fundamental Research - Instituto de F\'isica Te\'orica da UNESP, Rua Dr. Bento Teobaldo Ferraz 271, 01140-070 S\ ao Paulo, Brazil.
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
Understanding quorum sensing self-organization: Clustering and defect-induced ordering of diffusing particles
MOE Key Laboratory of Advanced Micro-Structured Materials, School of Physics Science and Engineering, Tongji University（同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室）；Department of Chemical Engineering, Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学化学工程系）
研究群体感应自组织，通过数值模拟，用慢、快扩散胶体粒子与缺陷粒子组成模型系统，发现热缺陷引发QS粒子再入凝固，冷缺陷产生无定形结构，加深对QS相互作用理解，提供控制组织程度机制及潜在应用。
2026-07-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.med-ph
Nutrient transport driven by microbial active carpets
我们证明了细菌或自推进胶体的活性地毯产生一致的流向基板，并提出这些电流提供了有效的途径来补充营养物质，反馈到活动。一个完整的理论是在梯度的活性物质密度和速度，并适用于细菌湍流，拓扑缺陷和聚类。电流与复杂的时空模式，这是可调的，通过限制。我们的研究结果表明，地毯结构的多样性对保持生物功能性至关重要。
2018-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Motility-Induced Clustering and Meso-Scale Turbulence in Active Polar Fluids
中尺度湍流最初是在各种游泳细菌悬浮液以及活性胶体集体运动中通过实验观察到的。相应的大尺度动力学模式在一个简单的极性流体模型中重现，假设活性粒子的密度恒定。最近，更详细的实验研究揭示了其他有趣的方面，如异常速度统计和聚类现象。这些现象无法用目前可用的活跃极性流体模型来解释。在此，我们扩展了Dunkel等人提出的连续介质模型，使其包含了密度变化以及局部密度和活性粒子自推进速度之间的反馈。如果速度随着密度的增加而减小，则对所得模型的线性稳定性分析表明，除了原始模型的短波长不稳定性之外，还会发生长波长不稳定性。这通常在高密度的极性活性颗粒中观察到，并且类似于标量活性物质中的运动诱导相分离（MIPS）的公知现象。我们确定了一个简单的相图表示的线性不稳定性，并在相应的参数空间中的各个区域进行系统的数值模拟。短程不稳定性和长程不稳定性之间的相互作用导致了有趣的动力学和新的现象，有关成核和粗化过程。我们的模拟结果显示了丰富多样的新模式，包括动态变化的不规则形状的边界相分离到域。异常的速度统计观察到在所有阶段，系统分离成高密度和低密度的区域。这为它们在最近的细菌悬液实验中的出现提供了一个简单的解释。
2020-12-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Synthetic Chemotaxis and Collective Behavior in Active Matter
概要：在化学梯度中导航的能力，称为趋化性，对微生物的生存至关重要。它使它们能够找到食物并逃离毒素。许多微生物可以产生它们自己响应的化学物质，并使用趋化性来发出信号，这可以被视为一种基本的通信形式。值得注意的是，过去的十年已经发展了合成的微型游泳者，例如自泳Janus胶体，它可以通过溶剂自推进，类似于细菌和其他微生物。其自我推进的机制涉及某些化学物质的生产。参与自我推进机制的相同化学物质也作用于其他微型游泳者，并使其游泳方向偏向（或远离）生产微型游泳者。因此，合成的微泳者提供了一种合成的类似物，以趋化运动的微生物。当这些相互作用是有吸引力的，它们通常会导致集群，即使在低粒子密度。这些集群可能会继续向macrophase分离，类似Dictyosteoblasts聚集，或者，如最近所示，导致动态集群的自限大小（动态集群），如在实验中看到的自泳Janus胶体。除了经典的情况下，化学相互作用是有吸引力的，这个帐户讨论，作为其主要重点，排斥化学相互作用，它可以创建一个新的和鲜为人知的途径，斑图形成在活性系统导致各种图案，包括集群的化学物质，行波和更复杂的不断重塑模式的外壳包围。在所有这些情况下，“合成信号”可以至关重要地决定合成的微型游泳者集合的集体行为，并可以用作设计原则，以创建能动活性颗粒的图案。
2018-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Dynamical density functional theory for "dry" and "wet" active matter
在过去的50年里，平衡态密度泛函理论（DFT）已经被证明是一个强大的，通用的和预测的经典粒子的静力学和结构的方法。该理论可以推广到完全过阻尼布朗胶体粒子的非平衡动力学，进而发展为所谓的动力学密度泛函理论（DDFT）。DDFT的成功使其成为活性物质的第一性原理描述的一个有希望的候选者。在本讲座中，我们将首先概括经典的DDFT被动胶体颗粒通常由Smoluchowski方程描述。从Smoluchowski方程的DDFT的基本推导后，我们讨论了定向自由度和被动粒子的流体动力学相互作用的效果。这为我们将DDFT推广到活性物质提供了一个理想的位置。特别是，我们区分"干活性物质"，这是由自推进的颗粒，不包含周围溶剂的流体动力学流动效应和"湿活性物质"，其中所产生的流体动力学流场的microswimmer考虑。对于后者，DDFT是一种工具，它统一了热波动，直接粒子相互作用，外部驱动场和流体动力学效应所产生的内部自推进区分"推"和"拉"。一些最近的应用程序进行了讨论，包括短暂的集群的自推进杆和自发形成的流体动力泵在封闭的microswimmer。
2021-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Clustering in quasi-two-dimensional dispersions of Brownian particles with competitive interactions: Phase diagram and structural properties
本研究通过朗之万动力学模拟，揭示了准二维SALR粒子体系的相图与团簇结构，发现其团簇形态随温度变化从盘状转为双链六边形，且凝胶相团簇尺寸对吸引强度不敏感。
2023-10-08 cond-mat.soft
Cluster formation via sonic depletion forces in levitated granular matter
小团簇的性质可以与相同成分的体相显著不同。在平衡状态下，团簇组装最近已经被探索，而在平衡状态下，团簇的物理原理仍然难以捉摸。这些原理是从分子组装到颗粒物质形成行星的现象的基础。在这里，我们引入声悬浮作为一个平台，实验探测非平衡小结构的形成在一个受控的环境。我们专注于团簇形成的极小模型：二维中的六和七毫米尺度的粒子。实验和建模表明，与热胶体相反，在非平衡颗粒系综中，活性波动的大小不仅控制着组装速率，而且控制着组装路径和基态统计。这些结果为非侵入性地操纵宏观粒子、调整它们的相互作用和指导它们的组装开辟了新的可能性。
2018-08-11 cond-mat.soft
Collective dynamics of chemically active particles trapped at a fluid interface
化学活性胶体产生其周围溶液的化学组成的变化，从而诱导周围流体中的流动，这影响其动态演化。在这里，我们研究的多体动力学的单层的活性粒子被困在流体-流体界面。为此，我们考虑了一个平均场模型，其中包括直接对相互作用（也包括毛细相互作用，这是特别引起的界面捕获），以及流体动力学相互作用的影响（包括马兰戈尼流引起的界面的化学活性的响应）。典型的实验实现这样的系统的相关物理参数的值进行估计和各种情况下，这是由我们的方法预测的单层的动态，进行了讨论。特别是，我们表明，化学诱导的Marangoni流可以防止由毛细吸引力驱动的集群不稳定性。
2016-06-27 cond-mat.soft
Kinetically arrested clusters in active filament arrays
本文通过布朗动力学模拟与理论，研究一端固定活性弹性细丝阵列的自组装，发现其可形成规则间隔的动力学停滞团簇，并建立团簇数量与间距同活性、弹性和接枝密度的理论关系，为仿生自组装材料设计提供原则。
2024-12-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Activity drives self-assembly of passive soft inclusions in active nematics
本研究探索了活性向列相流体中被动液滴的自组织行为，通过数值模拟揭示其相图特征，证明活性时间调制可精确控制结构转变，为自适应智能材料设计提供新途径。
2025-04-13 cond-mat.soft
Tunable Assembly of Confined Janus Microswimmers in Sub-kHz Electic Fields under Gravity
本研究利用交流电场驱动重力下受限的Janus微型游泳器，通过调节电场频率实现了从类气体到密集晶体簇的可控结构转变，为设计高密度活性物质系统提供了新框架。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Light-switchable propulsion of active particles with reversible interactions
活跃的系统，如微生物和自推进粒子显示出大量的集体现象，包括群集，集群和相分离。对推进方向的控制和各个自推进单元之间相互作用的可切换性可能为从内部设计材料开辟新的途径。在这里，我们提出了一个自推进的颗粒系统，由半金涂层二氧化钛（$\mathrm{TiO}_2$）颗粒，在其中，我们可以快速和按需逆转推进方向，通过利用两侧不同的光催化活性。我们表明，在推进方向的逆转改变的性质的流体动力学相互作用从吸引到排斥，并可以驱动粒子组装进行融合和裂变过渡。此外，我们还表明这些活性胶体可以充当成核位点，并快速切换活性和被动粒子之间的相互作用，从而导致可重构的组装和拆卸。我们的实验定性描述的最小流体动力学模型。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
From Compact to Open Clusters in Systems with Competing Interactions
胶体颗粒、两亲物和功能化纳米颗粒是经常表现出短程吸引力与长程排斥力相结合的系统的示例。在这项工作中，我们观察到显着的差异，在一个简单的各向同性模型的吸引力的强度变化时，这种系统的自组装集群的动态形式。我们发现，虽然吸引占主导地位的粒子自组装成紧凑的集群与两亲性分子形成的胶束类似的性质，排斥占主导地位的粒子自组装成疏散星团，具有更短的寿命。也有一个显着不同的依赖性的解决方案渗透压与组成：形成紧凑的集群导致的压力与密度的斜率下降，而形成的疏散星团不影响的压力。这个热力学量在挑选不同的聚类特征时比整体聚集曲线或聚类形状更敏感。我们的研究结果有显着的影响，在开发稳定的集群自组装和检测在实验室设置和计算机模拟的设计原则。
2017-05-31 cond-mat.soft
