Diffusion of self-propelled Janus tracer in polymeric environment
化学合成的Janus颗粒由于其在外界刺激下的自推进能力，具有作为体内药物释放剂的巨大前景。在这里，我们报告了有史以来第一次计算研究的平移和旋转运动的自推进Janus示踪剂在heterogeneous聚合物环境。聚合物的存在使得Janus示踪剂的平移均方位移（MSD）与游离Janus示踪剂的平移均方位移相比增长非常缓慢，但令人惊讶的是，如在最近的实验中观察到的，均方角位移（MSAD）显著增加。此外，随着推进速度的增加，MSAD增长得更快。而当排斥性聚合物被具有粘性区域的聚合物所取代时，MSD和MSAD均显示出急剧下降。
2017-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
One- and Two-dimensional Solitary Wave States in the Nonlinear Kramers Equation with Movement Direction as a Variable
我们研究了自推进粒子的非线性Kramers方程的直接数值模拟。在我们的前一篇论文中，我们研究了自推进粒子的速度变量在一维。在本文中，我们考虑另一个模型，其中每个粒子表现出定向运动。移动方向用变量$ϕ$表示。我们发现，一维孤立波状态出现在直接数值模拟的非线性Kramers方程在一维和二维系统，这是我们以前的结果的推广。此外，我们发现二维局域态的情况下，每个自推进粒子表现出旋转运动。二维定域态的质心呈现圆周运动，这意味着集体旋转运动。最后，我们考虑一个简单的一维模型方程来定性地理解孤波态的形成。
2018-04-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Critical assessment of von Mises distribution and an infinite series ansatz for self-propelled particles
我们考虑一个Vicsek模型的自推进粒子有界的信心，每个粒子只与邻居有一个类似的方向相互作用。取决于参数，该系统表现出从各向同性相到具有优选方向的相的连续或不连续极性相变。在最近的一篇论文[1]中，von Mises分布被提出作为极序的一种近似。在本系统中，角分布的时间演化可以在傅立叶空间中求解。我们比较了傅里叶分析的结果与通过使用冯米塞斯分布分析得到的结果。在后一种情况下，系统的定性行为被正确地恢复。然而，在数量上存在严重的偏差。我们引入了一个扩展的冯米塞斯分布的animals，使第二项照顾下两个傅立叶模式。与扩展的ananesthetic，我们发现更好的定量协议。作为一种替代方法，我们也使用高斯和几何级数在傅立叶空间中的anastrance。几何级数分析是解析可处理的，但对于非常弱的噪声失败，高斯分析产生更好的结果，但它不是解析可处理的。
2016-11-02 cond-mat.stat-mech
Deformable self-propelled particles
本文提出了一种二维自推进颗粒理论，假定当颗粒的传播速度增加时，颗粒可以从圆形变形。一组耦合方程的速度和张量变量来表示变形的介绍，有一个分支从直线运动到圆周运动的一个单一的粒子。动力学的粒子组装的数值研究，有一个全球性的相互作用，使粒子往往会导致一个取向秩序。
2008-11-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Linear response and correlation of a self-propelled particle in the presence of external fields
利用Fokker-Planck方法研究了非相互作用的主动Ornstein-Uhlenbeck粒子（AOUP）在非均匀外场作用下的非平衡性质，重点研究了AOUP的线性响应和时间-关联函数.特别是，我们比较不同的方法来计算这些功能，包括统一色噪声近似（UCNA）。AOUP模型由粒子的位置和作用在其上的主动力来描述，通常被映射为马尔可夫过程，根据其位置和速度来描述虚构的被动粒子的运动，其中活动的影响被转换为位置相关的摩擦。我们表明，AOUP的响应函数的形式取决于我们是否把扰动的位置，并保持在原始变量的主动力不受扰动或扰动的位置，并保持在变换变量的速度不受扰动。实际上，由于变量的变化，位置上的扰动变成了位置和虚拟速度上的扰动。我们通过考虑三种类型的凸势：二次，四次和双阱势的响应来测试这些预测。此外，通过比较AOUP模型的响应与相应的响应的UCNA模型，我们得出结论，虽然平稳属性是相当不错的近似UCNA，非平衡属性不是，这是不可忽略的效果时，持续时间是大的。
2018-01-12 cond-mat.stat-mech
Dynamics of a deformable self-propelled domain
本文基于两个不同的二维模型系统，研究了单个自推进域的运动与变形之间的动力学耦合。一个是由一组常微分方程的重心和两个张量变量表征变形。另一种是主动细胞模型，它具有运动的内部机制，并表示为变形的偏微分方程。数值模拟显示了丰富多样的动态，其中一些是共同的两个模型系统。讨论了相似性和差异性的根源。
2010-03-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kuramoto model with run-and-tumble dynamics
这项工作认为，延伸的仓本模型与运行和翻滚动力学-一种类型的自推进运动。扩展模型和原始模型之间的区别在于，在扩展版本中，单个粒子的角速度不再是固定的，而是可以随着从分布g（w）中提取的新速度而零星地改变。由于仓本模型经历了一个相变，它提供了一个简单的情况下研究相变的系统与自推进粒子。
2021-07-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamics, superfluidity and giant number fluctuations in a model of self-propelled particles
我们推导出一个典型的一维模型的流体动力学，具有可变范围跳跃，它模仿被动扩散和弹道运动的主动，或自推进，粒子。该模型有两个主要成分-硬核相互作用和竞争机制的短，长距离跳跃。我们计算两个密度依赖的输运系数-体扩散系数和电导率，其中的比例，尽管违反细致平衡，连接到数量波动的爱因斯坦关系。在无限范围跳跃的极限，该模型表现出，在调谐密度$ρ$（或活动），“超流体”的过渡，从一个无限导电状态，其特征在于在电导率的发散$χ(ρ) \sim (ρ-ρ_c)^{-1}$与$ρ_c$是临界密度。发散的电导率大大增加了粒子（或空位）的迁移率，并诱导系统中的“巨”数波动。
2020-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pattern formation and phase transition in the collective dynamics of a binary mixture of polar self-propelled particles
研究了具有不同运动特性的极性自推进粒子（SPPs）混合物的集体行为。二元混合物由固定速度$v_s$的慢速移动SPP（sSPP）和固定速度$v_f$的快速移动SPP（fSPP）组成。这些SPP通过短程相互作用相互作用，而不管它们的类型。它们在外部噪声$η$的影响下遵循类似于Vicsek模型（VM）的某些位置和速度更新规则移动。在不同的$v_f$值下研究该系统，对于固定的密度$ρ=0.5$，保持$v_s=0.01$恒定。不同的相位分离的集体模式，出现在系统中的一个广泛的噪声$η$的特点。发现fSPP和sSPP在稳态下是取向相位同步的。我们研究了一个取向有序无序转变的角度噪声$η$和确定的临界噪声$η_c$不同的$v_f$。有趣的是，这两个物种对于$v_f<100v_s$表现出连续转变，而对于$v_f>100v_s$表现出不连续转变。一组新的临界指数确定的连续过渡。然而，二元模型被发现是非普适的临界指数的值取决于速度。研究了相互作用半径对系统行为的影响。
2022-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Chapman-Enskog expansion for the Vicsek model of self-propelled particles
使用标准的Vicsek模型，我展示了如何宏观输运方程可以系统地从微观碰撞规则。该方法从N粒子概率分布的精确演化方程开始，在分子混沌的平均场假设之后，得到多粒子Enskog型方程。该方程通过非标准的Chapman-Enskog展开来处理，以提取宏观行为。该扩展包括在形式扩展参数$ε$中最多三阶的项，并且涉及快速时间尺度。一个自洽关闭的时刻方程，导致连续性方程的粒子密度和Navier-Stokes方程的动量密度。这些宏观方程中的所有输运系数的表达式明确给出的微观参数的模型。的运输系数取决于特定的角积分的评估渐近无限多的碰撞伙伴的限制，使用一个类比的随机行走。Chapman-Enskog方法的一致性通过使用Green-Kubo关系的剪切粘度的独立计算来检查。
2016-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamics and efficiency of a self-propelled, diffusiophoretic swimmer
主动扩散电泳-通过与自生的中性溶质梯度的相互作用游泳-是微米尺度下自主运动的范例。我们在线性响应理论中研究这种推进机制。首先，我们考虑几个方面有关的游泳粒子的动力学。我们扩展建立的分析公式来描述小的游泳者，与他们的环境在一个有限的长度尺度。溶质对流也被考虑在内。化学反应的建模揭示了游泳者和浓度场的反应性的角分布之间的耦合。这种效应，我们称之为“反应诱导浓度畸变”，强烈地影响粒子的速度。基于这些见解，我们采用不可逆的线性热力学来制定能量平衡。这种方法突出了溶质对流的能量一致的治疗的重要性。游泳的效率进行了数值计算和近似解析。最后，我们定义了一个效率的运输的游泳运动在随机方向。它示出，这种效率的规模作为宏观距离的倒数的运输发生。
2011-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stochastic thermodynamics for self-propelled particles
我们提出了一个概括的随机热力学系统的活性粒子，随机内部自推进（活动）和热浴的综合影响下移动。其主要思想是考虑粒子的位置和自推进的联合轨迹。然后，它是可能的，以利用形式相似的主动系统和系统组成的两个子系统与不同的热源相互作用，并通过非对称相互作用耦合。由此产生的热力学描述密切遵循标准的随机热力学。特别地，总熵产生$Δs_\text{tot}$可以被分解为内务部分$Δs_\text{hk}$和过剩部分$Δs_\text{ex}$。$Δs_\text{tot}$和$Δs_\text{hk}$都满足涨落定理。稳态管家熵产生的平均速率可以通过Harada-Sasa关系与波动耗散定理的违反有关。系统的过剩熵产生进入一个类似Hatano-Sasa的关系，这导致了一个包含系统熵和过剩熵产生变化的广义克劳修斯不等式。有趣的是，虽然粒子的自推进的演变是自由的，并从他们的位置解耦，这些变量之间的非平凡的稳态相关性导致耦合到自推进的水库中的非零的过剩耗散。
2019-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interacting Particle Systems Modeling Self-Propelled Motions
针对自驱动粒子系统个体与集体行为无法用平衡系统涨落理论描述的问题，本文提出耦合樟脑圆盘运动方程与樟脑分子随机游走的数学模型，再现其自驱动运动及排斥相互作用，阐明一维粘性主导模型中运动相位随参数的转变。
2025-02-12 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
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
Circular motion subject to external alignment under active driving: nonlinear dynamics and the circle map
几乎没有任何真正的自我推进或主动驱动的物体是完美的。因此，不受干扰的运动通常不会遵循直线，而是遵循圆形轨迹。我们在这里解决自推进或主动驱动的对象，在离散的步骤中移动，并另外尝试通过离散的角度调整向某个方向迁移。在角度对准中的过度反应是可能的。这种竞争意味着显着的非线性动力学，包括倍周期和混沌行为在一个广泛的参数制度。这种行为直接影响轨迹的外观，在空间自集中的集体运动期间也是如此。
2022-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Singular density correlations in chiral active fluids in three dimensions
Nagoya University（名古屋大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；The University of Osaka（大阪大学）
本文通过螺旋自推进粒子模型研究三维手性活性流体的密度涨落，发现螺旋性导致静态结构因子在低波数下出现奇异性和各向异性，并在无限持久时间极限下呈现垂直方向的超均匀性与平行方向的巨大多样性密度涨落，构建的涨落流体动力学理论定性吻合数值结果。
2025-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuation-Dissipation Relations in Active Matter Systems
通过研究主动Ornstein-Uhlenbeck粒子（AOUP）模型的线性响应，研究了自推进粒子的非平衡特性。我们表示的线性响应在没有扰动的情况下计算的相关性，提出了一个特别紧凑和可读的波动耗散关系（FDR）：这样的表达式明确分离的平衡和非平衡的贡献，由于自推进。作为一个案例研究，我们考虑非相互作用AOUP限制在单阱和双阱势。在前一种情况下，我们还揭示了维度的影响，研究一维，二维和三维动力学。我们表明，从平衡的距离信息可以推导出FDR，证据的位置和速度变量的作用，在非平衡松弛。
2020-12-11 cond-mat.stat-mech
Phase transitions on a class of generalized Vicsek-like models of collective motion
由相互作用的自推进粒子（SPP）组成的系统表现出与集体运动相关的不同形式的有序-无序相变。在本文中，我们提出了一个推广的Vicsek模型，其特征在于一个角噪声项以下的任意概率密度函数，这可能取决于系统的状态，从而具有乘法字符。我们表明，建立良好的矢量Vicsek模型可以表示在这个一般的形式主义，推导出相应的角概率密度函数，以及我们提出了两个新的乘法模型组成的双变量高斯分布和包裹高斯分布。与建议的形式主义，平均场系统可以解决使用的角度随机项的平均合成长度。因此，当SPP全局相互作用时，相变的特征取决于噪声分布的选择，对于矢量和包裹高斯分布是具有混合缩放的一阶，而对于双变量高斯分布是二阶。数值模拟表明，当SPP之间的相互作用由静态复杂网络给出时，这种情况也成立。另一方面，使用空间短程相互作用显示，在所有考虑的情况下，一个不连续的过渡与共存区域，符合Vicsek模型的原始配方。
2021-02-09 cond-mat.stat-mech nlin.AO
Self-propulsion symmetries determine entropy production of active particles with hidden states
针对隐状态活性粒子熵产生率计算难题，提出微扰框架，发现隐变量的宇称与时间可逆对称性决定部分熵产生，且非平凡熵产生至少出现在自推进速度六阶项，验证于两类对称性破缺过程。
2025-07-29 cond-mat.stat-mech
Fluctuation-induced collective motion: A single-particle density analysis
在一个有噪声的自推进粒子系统中，如果粒子的密度增加超过一定的阈值，则会出现集体运动。在本文中，我们认为，这样的阈值也可能取决于在粒子方向上的扰动的配置文件。具体来说，我们进行平均场，线性稳定性，微扰和数值分析的近似形式的福克-普朗克方程描述的系统。我们发现，如果一个初始均匀系统的角扰动是大的幅度和高度本地化的空间，它将被放大，从而作为集体运动的开始的指示。我们的结果还表明，高粒子速度促进集体运动。
2010-03-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Milling and meandering: Flocking dynamics of stochastically interacting agents with a field of view
我们引入了一个随机代理为基础的模型，自推进粒子的群集动力学表现出速度对齐与邻居在他们的视野内的相互作用。模型动力学的随机性纯粹来自相互作用水平的不确定性。尽管没有吸引力，这个模型产生了一系列的紧急模式，表现出长期的空间凝聚力。为了进一步了解所产生的模式的动力学性质，我们研究了系统的行为，使用的算法，确定空间上不同的集群的羊群，并计算其相应的角动量。我们的研究结果表明，视场的选择是至关重要的，在确定由此产生的突发动力学的随机相互作用粒子。
2018-10-20 cond-mat.stat-mech nlin.AO
