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
Markovian description of a wide class of feedback-controlled systems: Application to the feedback flashing ratchet
本文为包含测量误差的广泛反馈控制系统建立联合随机过程的马尔可夫描述，并以反馈闪烁棘轮为例说明其应用。
2024-07-23 cond-mat.stat-mech
Room temperature flashing Ratcheting in nano-channels
我们考虑纳米通道中颗粒的表面诱导棘轮输运，特别是在室温下。我们表明，在室温下，它是可以实现棘轮约10 nm大小的颗粒在约100 nm宽的纳米通道。在这种情况下，当表面起伏具有几百纳米的波长和几十纳米的振幅时，典型的棘轮速度可以是几百纳米的量级。在室温下，使得能够在纳米通道中进行这种传输的流体的粘度是水的粘度。我们在这里展示了一个相当大的影响，在现实的条件下，可用于有效过滤颗粒的应用程序，并可能是在使用的生物系统，通常在室温下工作。
2021-06-16 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
Levy ratchets with dichotomic random flashing
附加对称Lévy噪声可以诱导过阻尼粒子在静态非对称势场中的定向输运。我们研究，数值和分析，在这样的Lévy棘轮系统中的一个额外的二分法随机闪烁的效果。为此，我们分析和解决相应的分数Fokker-Planck方程，我们检查结果与朗之万模拟。我们研究了电流作为Lévy噪声的稳定性指数、噪声强度和闪光参数的函数的行为。我们发现，闪烁允许在很宽的范围内增强和减少静态Lévy棘轮电流，这取决于频率和不对称性的乘法二分噪声，并在添加剂Lévy噪声参数。因此，我们的研究结果扩展到广泛分布的噪声的情况下，与高斯噪声的二分闪烁棘轮。
2011-09-02 cond-mat.dis-nn 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
Fluctuation Theorem for the flashing ratchet model of molecular motors
分子马达将ATP水解产生的化学能转化为机械能。一个被充分研究的分子马达模型是闪烁棘轮模型。我们发现，这个模型表现出的波动关系称为Gallavotti-Cohen对称性。我们的研究强调了这样一个事实，即只有当化学和机械自由度都包括在描述中时，对称性才存在。
2009-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Feedback control in a collective flashing ratchet
研究了反馈控制闪烁棘轮中的布朗粒子系综。棘齿电位根据粒子的位置打开和关闭，目的是使电流最大化。我们详细研究了一个协议，最大限度地提高即时速度的质心的合奏在任何时候。该协议是最佳的一个粒子和执行比任何定期闪烁的合奏中等大小，而击败了随机或定期切换大合奏。
2004-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Flux enhancement and multistability induced by time delays in a feedback controlled flashing ratchet
反馈控制棘轮是使用系统状态信息进行操作的热整流器。我们研究了在反馈中的时间延迟的影响，在许多粒子的情况下，执行一个瞬时最大化的质心速度的协议。对于小的延迟，质心速度随着延迟的增加而减小（尽管不如在少数粒子的情况下那么快）。然而，对于大的延迟，我们发现令人惊讶的结果，延迟的存在可以提高棘轮的通量性能。事实上，最大通量获得的最佳周期协议。这意味着延迟反馈协议可以比其非延迟的对应执行更好。在大延迟的存在下观察到的通量的改善是一个新的动力学制度的出现的结果，其中延迟反馈的存在稳定的准周期解，类似于在一定的闭环协议与阈值中获得的解决方案。此外，在这个新的制度，系统呈现多稳定性，即几个准周期解可以是稳定的一个固定的时间延迟。
2008-04-13 cond-mat.stat-mech
Time-Delayed Feedback control of a flashing ratchet
闭环或反馈控制棘轮使用关于系统状态的信息来操作，目的是最大化系统的性能。在本文中，我们调查的时间延迟的反馈协议，执行瞬时最大化的质心速度的影响。对于一个和几个粒子的情况下，通量随着延迟的增加而减小，作为系统的当前状态与控制器使用的信息的去相关的效果，但是延迟的闭环协议成功地执行比开环协议更好，只要延迟小于布朗棘轮的特征时间。对于许多粒子的情况下，我们还表明，对于小延迟的质心速度减小的延迟增加。然而，对于大的延迟，我们发现令人惊讶的结果，延迟的存在可以提高性能的非延迟反馈棘轮和通量可以达到最大值与最优周期协议。这种现象是一个动态政权的出现的结果，其中存在的延迟反馈稳定一个准周期解或几个（多稳定性），这类似于在所谓的阈值协议中获得的解决方案。我们的分析和数值结果指向的反馈控制棘轮，执行等于或优于其最佳开环版本的实验实施的可行性。
2007-11-05 cond-mat.stat-mech
Deep reinforcement learning for feedback control in a collective flashing ratchet
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
集体闪烁棘轮传输布朗粒子使用空间周期性的，不对称的，和时间依赖的开关可切换的潜力。通过基于颗粒位置的反馈控制，该系统中颗粒的净电流可以显著增加。已经提出了几个最大化电流的反馈政策，但还没有找到最佳的政策，为一个中等数量的粒子。在这里，我们使用深度强化学习（RL）来寻找最佳策略，结果表明，使用合适的神经网络架构构建的策略优于以前的策略。此外，即使在延迟反馈的情况下，潜在的开关切换延迟，我们证明了深RL提供的政策提供更高的电流比以前的策略。
2021-03-25 cond-mat.stat-mech cs.LG
Threshold feedback control for a collective flashing ratchet: threshold dependence
我们研究了集体闪烁棘轮的阈值控制协议。特别是，我们分析的阈值上的值的电流的依赖性。我们已经找到了小的阈值依赖性的几个和许多粒子的情况下的解析表达式。对于少数粒子，电流是阈值的递减函数，因此，对于零阈值达到最大电流。相反，对于许多粒子，最佳阈值具有非零的有限值。我们已经数值检查的关系，允许获得的最佳阈值为无限数量的粒子从最佳周期的周期性协议。这些最佳阈值的无限数量的粒子给出了良好的结果，许多粒子。此外，由于电流对这些阈值的平滑依赖性，它们也为少数粒子提供了良好的结果。
2006-09-04 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
Memory-Induced Transport and Arrest in Flashing Ratchets: From Superdiffusion to Clustering
研究揭示了在单文件运动中，非马尔可夫噪声诱导粒子从超扩散到聚团的动态转变，为拥挤系统输运调控提供新视角。
2025-12-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transport reversal in a delayed feedback ratchet
反馈闪烁棘轮是热整流器，其使用关于系统状态的信息来操作周期性电位的接通和关断。由于反馈协议的不对称性，它们甚至可以在对称电势下诱导定向传输。我们在这里调查的反馈闪烁棘轮的动力学时，棘轮电位和反馈协议的不对称有利于在相反的方向上运输。在控制策略中引入时间延迟允许人们非平凡地调整导致有趣的动态的竞争不对称的相对相关性。我们表明，不对称之间的竞争导致大延迟电流反转。对于小合奏的粒子电流反转出现的结果出现的开环一样的动力学制度，而对于大合奏的粒子，它可以被理解为准周期解的稳定的结果。我们还评论了这些反馈棘轮的实验可行性及其潜在的应用。
2008-05-06 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
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
Transport Coherence in Frictional Ratchets
本文研究了摩擦棘轮系统中的噪声诱导输运现象。为此，我们考虑布朗粒子运动的空间依赖的摩擦介质中存在的外部白噪声波动。为了获得定向传输，与其他棘轮模型（如闪烁或摇摆棘轮等）不同，我们不要求粒子所经历的势是不对称的，也不要求外部涨落是相关的。我们得到了电流和扩散系数的解析表达式。我们表明，摩擦棘轮没有表现出明显的连贯性，在运输中的扩散蔓延掩盖了伴随的定向运输系统有限的空间扩展。
2003-11-19 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
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
Ratchet Effects in Active Matter Systems
棘轮效应可能会出现单个或集体相互作用的布朗粒子在不对称基板上时，净直流运输是由外部施加的交流驱动力或周期性闪烁的基板。最近，通过使用活性物质已经实现了一类新的主动棘轮系统，所述主动棘轮系统是可以是生物或非生物性质的自推进单元。当活性材料如游动细菌与不对称基底相互作用时，即使没有外部驱动，也可以产生净直流定向运动，从而打开了大量的可能性，如分选，货物运输或微机械构造。我们回顾了目前的状况，活性物质棘轮游动细菌，细胞，活性胶体，和群集模型，重点是粒子-基质相互作用的作用。我们描述棘轮逆转集体效应和使用主动棘轮运输被动粒子。我们讨论了未来的发展方向，包括变形基板或粒子，不同的游泳模式的作用，不同的粒子-粒子相互作用，和非耗散效应。
2016-04-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Aging in the transport on the corrugated ratchet potential
在快速过冷下，玻璃形成液体冻结在无定形状态，只能在非常长的时间尺度上平衡，这是老化的特征标志，这在广泛的系统中已经观察到。布朗棘轮是一个被广泛研究的系统，表现出许多类型的反常动力学行为。本文研究了布朗粒子在周期性棘齿势中的集体运动中发生老化的可能性，其中有淬火无序。我们发现，当一个缓慢增长的部分粒子被困了很长一段时间，集体运动往往成为超扩散。超扩散输运弱地打破了遍历性，并且覆盖整个相空间的时间变得非常长，并使人联想到老化行为。
2022-12-06 cond-mat.stat-mech
Transverse rectification of disorder-induced fluctuations in a driven system
数值研究了二维棘轮势场中粒子的过阻尼运动。在所提出的设计中，所谓的几何棘轮类型，响应于恒定力的单个粒子的平均速度具有横向分量，该横向分量可以由热或其他无偏波动的存在引起。我们发现，额外的淬火无序可以强烈地增强在低温下的横向漂移，尽管减少横向迁移率。我们表明，在一般条件下，整流的横向速度的驱动粒子流体是相当于一个一维闪烁棘轮工作在驱动相关的有效温度，通过广义爱因斯坦关系定义的响应。
2006-10-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Current reversal in collective ratchets induced by lattice instability
本文提出了超导涡旋棘轮中电流反转的集体机制。该机制是基于系统的基态（T=0）的二维不稳定性。我们用数值模拟和实验来说明我们的结果，在Si衬底上制造的Nb超导薄膜与人工诱导的非对称钉扎中心。
2007-12-03 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Collective Ratchet Effects and Reversals for Active Matter Particles on Quasi-One-Dimensional Asymmetric Substrates
使用计算机模拟，我们研究了一个二维系统的空间相互作用的自移动运行和翻滚盘形粒子与一个潜在的周期性准一维非对称基板，并显示了丰富多样的集体主动棘轮行为出现作为粒子密度，活动，基板强度和基板周期的函数。棘轮效率是非单调的，因为棘轮效应是由增加的活动，但减少了发病的自聚簇的活性粒子。增加颗粒密度降低棘轮效率弱基板，但增加棘轮效率强基板由于集体跳跃事件。在最高颗粒密度下，棘轮运动被自干扰效应破坏。我们表明，它是可能实现逆转的棘轮效应，其中的净流量的粒子是沿着硬，而不是容易的方向基板的不对称性。当多行活性粒子可以被限制在每个衬底最小值时，反转发生在强衬底极限中，允许出现经历反转的有效衬底电势的紧急粒子状激发。我们绘制了一个相图的正向和反向棘轮效应的粒子密度，活动，和基板性能的函数。
2016-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Role of interactions in ferrofluid thermal ratchets
具有磁矩的胶体颗粒的取向波动可以在具有适当选择的时间依赖性的外部磁场的帮助下被整流。结果，发生颗粒的噪声驱动的旋转，从而产生每体积载液的宏观扭矩。我们调查的影响，这种棘轮效应的粒子之间的相互作用，通过研究一个模型系统的平均场相互作用。随机动力学可以描述为一个非线性的福克-普朗克方程的集体取向的粒子，我们解决了近似使用有效场方法。我们确定的耦合强度和噪声强度之间的比率的一个自我维持的整流波动成为可能的间隔。在没有相互作用的情况下，棘轮效应是不可能发挥作用的。
2006-09-21 cond-mat.stat-mech
Ratchet behavior in nonlinear Klein-Gordon systems with point-like inhomogeneities
研究了周期性非对称点阵中非线性Klein-Gordon扭结的棘轮动力学。我们解释了集体坐标框架内的潜在整流机制，这表明该系统的行为作为一个摇摆棘轮的点粒子。仔细注意的扭结宽度动态和它的作用，在运输。我们还分析了我们的扭结摇摆棘轮在噪声存在下的鲁棒性。我们表明，噪声激活单向运动的参数范围内，这种运动是没有观察到的无噪声的情况下。这一点后来被集体变量理论所证实。对这一新现象给出了解释。
2004-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-ph
Spontaneous Ratchet Effect in a Granular Gas
采用振动流化颗粒气体的自发聚集来产生在两个不同的分隔系统中的定向运输：“颗粒喷泉”，其中运输采取对流辊的形式，和“颗粒棘轮”与垂直于能量输入方向的自发粒子流。在这两种情况下，运输是不是由于任何系统固有的各向异性，但出现作为一个自发的集体对称性破缺效应的许多相互作用的颗粒。实验和数值计算结果定量占内的通量模型。
2004-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective Effects in the Horizontal Transport of Vertically Vibrated Granular Layers
激励颗粒介质中的波动驱动棘轮和流动的最新研究进展的启发下，我们进行了实验和模拟研究，以探讨颗粒颗粒在垂直振动系统的水平传输，其基础具有锯齿形的轮廓。所得到的材料流表现出新颖的集体行为，无论是作为粒子的层数和驱动频率的函数;特别是，在某些条件下，增加层厚度导致电流的反转，而作为频率的函数的传输的开始可以逐渐或突然发生的方式让人想起一个相变。
1998-10-05 cond-mat.stat-mech
Collective vortex rectification effects in films with a periodic pinning array
研究了正方形亚微米反点阵列图案化铝膜中的涡旋棘轮效应。我们已经研究了两组样品的输运性质：（i）不对称的反点，其中涡旋由无偏置的交流电流驱动，及（ii）对称的反点，其中除了交流驱动直流偏置被使用。对于每个样本，整流（直流）电压作为驱动幅度和频率、磁场和温度的函数进行测量。正如我们的数据明确显示，在不对称反点的电压整流是由固有的不对称性所引起的钉扎电位所创建的反点，而在对称反点的整流是由直流偏置。此外，实验还揭示了涡旋棘轮效应中有趣的集体现象。在低于第一匹配场（$H_1$）的场，直流电压-交流驱动特性呈现两个整流峰，这被解释为弱钉扎无公度涡列的一维运动与整个涡格的二维运动之间的相互作用。我们还讨论了不同的动力学制度控制的运动的间隙和被困的旋涡在外地略高于$H_1$和他们的影响的旋涡棘轮效应。
2005-06-28 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Ratchet Effects in Cyclic Pattern Formation Systems with Competing Interactions
本文提出一种新型集体棘轮效应，通过周期性振荡不对称基底上斑图形成系统中粒子的竞争相互作用比例，使系统在晶体与气泡状态间循环，发现存在正向与反向棘轮效应且效率随参数变化有最大值。
2025-07-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimization of soliton ratchets in inhomogeneous sine-Gordon systems
当引入一个势$V(x)$打破空间对称性时，尽管施加的力在时间上的平均值为零，但孤子的单向运动仍然可以发生。该势$V(x)$由周期性重复的单元组成，每个单元在位置$x_{i}$处包含一个非对称的强局部不均匀性阵列。集体坐标方法表明，位置，高度和宽度的非均匀性（按此顺序）是关键参数，以获得最佳的有效势$U_{opt}$，产生最大的平均孤子速度。$U_{opt}$基本上呈现两个特征：由正峰和负峰组成的双峰，以及双峰之间的长平坦区域。这样的电势可以通过选择具有相反符号的不均匀性（例如，在长约瑟夫森结的情况下是微电阻和微短路），它们彼此靠近，而每个峰对之间的距离相当大。对非均匀sine-Gordon系统的全模拟结果证实了集体变量理论的这些结果。
2006-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-ph
Active Matter on Asymmetric Substrates
对于在与不对称衬底相互作用的热浴中的颗粒集合，可能发生棘轮效应，其中颗粒响应于交流强迫而经历净直流运动。棘轮效应已经在各种系统中得到证实，包括胶体以及II型超导体中的磁涡旋。在这里，我们研究的情况下，活性物质或自驱动粒子与非对称基板相互作用。活性物质系统包括经历催化作用的自运动胶体颗粒、游动细菌、人工游泳者、爬行细胞和运动蛋白。我们表明，棘轮效应可以出现在这种类型的系统，即使在没有交流强迫。定向运动发生在某些粒子-基底相互作用规则下，其大小取决于粒子在转向并向新方向游动之前在一个方向游动所花费的时间量。对于严格布朗粒子，不存在棘轮效应。如果粒子从障碍物反射或从障碍物散射，根据斯涅耳定律，则不存在棘轮效应;然而，如果粒子可以与障碍物对齐或沿着障碍物移动，则产生定向运动。我们还发现，在一定的运动规律下，颗粒沿容器壁积聚，与实验一致。我们还研究了同步粒子运动的斑图形成。我们讨论了这个系统的自组装，提取工作，排序以及未来的方向，如考虑集体相互作用和植绒模型的可能应用。
2011-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometry-Induced Transport of Self-Aligning Chiral Bristlebots
Institute of Physics, University of Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学物理研究所）
研究通过定制外壳和弹性耦合诱导自对齐扭矩和稳定手性漂移，揭示边缘电流稳定性由粒子手性和边缘电流手性相互作用决定，并展示如何利用海螺形障碍物实现几何 rectification，探索刚性链接组装体的集体动力学。
2026-06-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
