Collective phases in overdamped magnetic self-propelled spherocylinders
Universidad de Chile（智利大学）；Universidad Adolfo Ibáñez（阿道夫·伊巴涅斯大学）
通过将磁性相互作用建模为双单极子模型，结合粒子伸长几何，发现系统出现气体、极性群、链、涡旋排列和锁定二聚体等丰富集体相，为控制磁性活性物质相干态提供了实验可调参数。
2026-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective motion of self-propelled particles: kinetic phase transition in one dimension
我们证明了自推进粒子（SPP）系统表现出自发对称性破缺和一维自组织，与以前的分析预测。为了解释这一令人惊讶的结果，我们推导出一个新的连续统理论，它可以解释对称破缺态的发展，并且与离散SPP模型属于同一普适类。
1997-12-15 cond-mat.stat-mech
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
Order-disorder transition in repulsive self-propelled particle systems
我们研究的集体动力学排斥自推进粒子。粒子由耦合的运动方程控制，包括极性自推进、速度和极性阻尼、排斥性粒子-粒子相互作用和确定性动力学。粒子动力学模拟表明，具有大的密度波动的集体相干运动自发地出现从无序，各向同性状态。在极性旋转阻尼较强的参数区域，系统在亚稳态无序状态下经过一段等待时间后，突然转变为吸收有序状态。为了对集体行为的机制有一个简单的理解，我们分析了二元粒子的散射过程。我们表明，这种方法正确地预测在稀极限的有序-无序转变。同样的方法扩展到有限密度，虽然它不同意从多粒子模拟的结果，由于多体相关性和密度波动。
2016-11-12 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
Collective dynamics of self-propelled particles with variable speed
理解生物系统中集体运动的组织是一个持续的挑战。本文考虑变速自推进质点的一个极小模型。从学校的鱼的实验数据的启发，我们引入了幂律依赖的每个粒子的速度在其附近的偏振阶的程度。我们推导出一个粗粒度的连续近似分析这个模型，并发现，虽然变速规则不改变的顺序过渡导致集体运动的细节，它引起的速度或局部极化顺序和局部密度之间的逆幂律相关性。使用数值模拟，我们验证了这种连续描述的有效性范围和探索制度超越it.We发现，在无序状态接近过渡，一个相分离的制度，大多数粒子集群成几乎静态的群体包围孤立的高速粒子。我们认为，负责这一制度的机制可能存在于广泛的集体运动动力学。
2012-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Collective motion of binary self-propelled particle mixtures
在这项研究中，我们调查的现象，集体运动的二元混合物的自推进粒子。我们考虑两种粒子，每种粒子都由以恒定速度推进的点状物体组成。在每个物种中，粒子试图实现其速度矢量的极性对齐，而我们分析的情况下，首选的极性，反平行，以及不同物种的粒子之间的垂直对齐。我们的重点是两个物种之间的相互作用的阈值密度的发病集体运动和发病以上的解决方案的性质上的效果。为此，我们从粒子图像中合适的朗之万方程开始，从中我们导出Fokker-Planck型的平均场方程，最后导出宏观连续场方程。我们进行粒子模拟的朗之万方程，线性稳定性分析的福克-普朗克和宏观连续方程，我们数值求解福克-普朗克方程。这两个，空间均匀和非均匀的解决方案进行了研究，后者对应于条纹状的集体移动粒子群。在一般情况下，两个物种之间的相互作用降低了阈值密度为每个物种的集体运动的发病。然而，这种相互作用也降低了条纹状絮凝物的空间组织。最有趣的行为被发现的情况下，不同物种之间的首选垂直排列。在那里，在每个粒子种类内，速度矢量的极性和真正的非极性取向排序之间发生竞争。最后，取决于不同种类的颗粒的排列规则和在颗粒密度的一定范围内，可以发现两种颗粒种类的相同和反转的空间密度分布。
2012-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The collective motion of self-propelled particles affected by the spatial-dependent noise
本文基于 Vicsek 规则研究仅作用于特定空间区域的噪声对自推进粒子集体运动的影响，发现最优噪声振幅及噪声区取向、形状、比例和分布可调控系统运动方向。
2022-11-27 cond-mat.stat-mech
Collective behavior of penetrable self-propelled rods in two dimensions
自推进粒子的集体行为在运动性测定中在微尺度上观察到游泳者如精子和细菌以及蛋白质细丝。这类系统的性质既取决于它们的维数，也取决于它们粒子之间的相互作用。我们引入了一个二维自推进杆模型，该模型通过分离位移的伦纳德-琼斯势相互作用。由于有限的势垒，棒能够交叉。这个模型使我们能够有效地模拟系统的自推进杆，有效地在二维移动，但偶尔可以逃脱到第三维，以通过对方。我们的准二维自推进粒子描述了一类活跃的系统，其中包括microswimmer靠近墙壁和细丝推进基板上。利用蒙特卡罗模拟，我们首先确定了被动棒的各向同性相变。使用布朗动力学模拟，我们的特点团簇形成的自推进棒作为一个功能的推进强度，噪音，和能量障碍。与具有无限势垒的棒相反，推进强度的增加不仅有利于对准，而且有效地降低了阻止棒交叉的势垒。因此，我们找到了一个集群窗口，在中等推进强度的最大集群大小。
2014-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-Propelled Collective Motion with Multiplicative Scalar Noise
本文提出一种乘性标量噪声的集体运动模型，通过修改原始 Vicsek 模型以允许稀疏邻域中的个体运动，消除了原模型在低速低密度区预测连续相变的缺陷，数值研究表明该模型在高低速/密度区均呈现一级相变。
2024-04-29 cond-mat.stat-mech
Aggregation of self-propelled colloidal rods near confining walls
利用布朗动力学和动力学密度泛函理论研究了封闭通道中自推进胶体棒的非平衡集体行为。我们观察到一个聚集的过程中，杆自组织成瞬态堵塞集群在通道壁。在这个过程的早期阶段，形成了快速增长的刺猬状集群，它们基本上是不动的。在后期阶段，这些簇中的大多数溶解并移动成滑动通过壁的线化聚集体。
2008-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simple and faithful nonlinear field equations for aligning self-propelled rods
我们推导出一组最小但完整的非线性场方程描述的集体性质的自推进棒从一个简单的微观出发点，Vicsek模型与cross-alignment。线性和非线性动力学分析表明，与原来的微观模型吻合得很好。特别是，我们推导出一个明确的表达式，形成密度隔离，带状的解决方案，使我们能够开发一个更完整的分析图片的问题在非线性水平。
2012-07-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-Propelled Rods: Insights and Perspectives for Active Matter
广泛的实验系统，包括滑行，群集和游泳的细菌，体外运动性测定以及摇动颗粒介质通常被描述为自推进杆。这些实体的大量集合显示了各种各样的自组织集体现象，包括移动的极团、极和极动力带、迁移率引起的相分离、拓扑缺陷和中尺度湍流等的形成。在这里，我们给出了一个简短的调查的实验观察和审查的理论描述自推进杆。我们的重点是紧急斑图形成的合奏干自走棒受短程，接触介导的相互作用和他们的湿同行，也受到远程流体动力学流。总而言之，自推进棒提供了一个总体主题，涵盖了活性物质的许多方面，包含充分探索的限制情况。它们的集体行为不仅连接了已充分研究的极性自推进粒子和活性向列相分子的机制，包括活性相分离，而且还揭示了丰富多样的新模式。
2019-11-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Non-equilibrium clustering of self-propelled rods
出于在滑翔细菌聚集现象，我们研究集体运动的二维模型的积极，自我推进杆相互作用，通过体积排阻。在对单个颗粒的模拟中，我们发现足够大的堆积分数（eta）或长宽比（kappa）有助于颗粒聚集。在模拟中的集群的过渡是很好地捕捉到的集群大小分布的平均场模型，它预测的过渡值kappa_c的纵横比为固定的包装分数是由kappa_c = C/eta - 1，其中C是一个常数。
2006-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropons as collective excitations in active solids
本研究针对活性晶体非平衡稳态的振动动力学问题，提出由活性产生、与声子共存且强自驱动下占优的熵振子概念，可通过胶体、颗粒活性物质及生命系统实验验证。
2022-07-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Glassy dynamics of athermal self-propelled particles: Computer simulations and a nonequilibrium microscopic theory
我们结合计算机模拟和分析理论来研究在自推进的唯一影响下演化的无热粒子的致密组装体中的玻璃态动力学。模拟结果表明，当自推进粒子的持续时间增加时，局部结构变得更加明显，而长时间动力学首先加速，然后减慢。这些看似矛盾的演变解释通过构建一个非平衡模式耦合的相互作用自推进粒子的理论。为了预测集体动力学，理论需要定态结构因子和定态局部速度相关。它产生非平凡的预测与模拟定性一致的自推进粒子的玻璃动力学。
2015-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamics of self-propelled hard rods
出于最近的模拟和实验上的滑翔细菌聚集，我们研究了一个模型的集体动力学的自推进硬棒在基板上的两个维度。杆具有有限的尺寸，通过排除体积相互作用，并且它们的动力学通过与衬底的相互作用而过阻尼。从含非热噪声源的微观模型出发，导出了系统的连续描述。流体动力学方程，然后用来表征可能的稳定状态的系统和它们的稳定性作为一个功能的颗粒包装分数和自推进速度。
2007-08-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanism of the Nonequilibrium Phase Transition in Self-Propelled Particles with Alignment
本研究利用景观-通量方法与粗粒化映射，揭示了Vicsek模型中非平衡相变的机制，发现非平衡通量逆时针旋转并驱动有序-无序转变，为理解复杂系统集体运动提供了新视角。
2024-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Curvature-Controlled Geometrical Lensing Behavior in Self-Propelled Colloidal Particle Systems
在许多生物系统中，细胞赖以生存的表面的曲率会影响它们的集体性质。曲率同样会影响活性胶体颗粒的行为。我们使用分子模拟的自推进活性粒子表面的高斯曲率（正和负），曲率的符号和幅度可以改变系统的集体行为。曲率作为一个几何透镜和移动的临界密度的motility-induced相分离（MIPS），以较低的值为正曲率和较高的值为负曲率，这是我们在理论上解释的球面和双曲空间中的平行线的性质。曲率也流化致密MIPS集群由于出现的缺陷模式破坏集群内部的晶体秩序。利用我们的研究结果，我们设计了三个限制表面，战略性地结合不同曲率的区域，以产生一系列新颖的动态相位，包括循环MIPS的spherocylinders，波状MIPS的spherocones，和集群波动的metaballs。
2022-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Self propelled particle transport in regular arrays of rigid asymmetric obstacles
我们报告的数值结果表明，实现净运输的自推进粒子（SPP）的存在下，一个二维的规则阵列的凸，对称或不对称，刚性障碍。排斥粒子间（软盘）和粒子障碍物的相互作用没有对齐规则。我们发现，SPP提出了一个涡型运动周围凸对称障碍物，即使在没有水动力效应。这样的运动不是针对单个SPP观察到的，而是SPP围绕障碍物的集体运动的结果。在不存在外场的情况下，在非对称凸形障碍物阵列中自发地建立了稳定的粒子流。我们的结果主要是自推进粒子附着在固体表面的倾向的结果。
2014-07-07 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
Solitary wave state in the nonlinear Kramers equation for self-propelled particles
我们利用非线性Kramers方程研究了自传播粒子的集体现象。孤立波态是由具有非零平均速度的空间均匀有序态的不稳定性产生的。两个不同高度的孤立波合并成一个较大的孤立波。利用自洽方法构造了孤立波的近似解。的相变的孤立波状态是一阶或二阶，这取决于控制参数。
2017-09-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
A theory for the dynamics of dense systems of athermal self-propelled particles
我们提出了一个推导最近提出的理论的时间依赖性的密度波动的强相互作用，非热，自推进粒子的定态。推导包括两个步骤。首先，我们从粒子位置和自推进联合分布的运动方程出发，对自推进进行积分。用这种方法，我们得到了一个近似的，多粒子的粒子位置的概率分布的演化方程。其次，我们用这个演化方程来描述稳态密度关联的时间依赖性。我们推导出一个记忆函数表示的密度关联函数，然后我们使用一个因式分解近似获得的记忆函数的近似表达式。在密度关联函数的最后一个运动方程中，活性系统的非平衡特性通过一个新的稳态关联函数的存在而显现出来，该函数量化了粒子速度的空间相关性。该关联函数进入频率项，因此它描述了自推进特性对短时动力学的依赖性。更重要的是，粒子速度的关联函数进入记忆函数的顶点，并通过顶点修正长时间的玻璃态动力学。
2015-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
First order phase transition in a self-propelled particles model with variable angular range of interaction
本文对Vicsek模型的一个改进版本进行了二维自推进粒子运动的蒙特卡罗模拟。在这个模型中，粒子相互作用的邻域是以粒子为中心的圆的一个扇区（而不是原始Vicsek模型中的整个圆）。该扇区沿粒子速度方向居中，该扇区的半张角称为“视角”。我们在整个范围内改变视角，研究粒子集体运动性质的变化。我们发现，有序的集体运动持续到非常小的视角。在一定的临界视角下，系统的集体运动经历了一级相变到无序态。我们还发现，在视角的减少，实际上可以增加系统中的顺序显着。我们表明，相互作用的方向性，而不仅仅是相互作用的径向范围，起着重要的作用，在确定上述相变的性质。
2016-03-24 cond-mat.stat-mech
Comment on ``Phase Transitions in Systems of Self-Propelled Agents and Related Network Models''
在这篇评论中，我们表明，在Vicsek类系统的角噪声的集体运动的过渡仍然是不连续的大速度值。因此，Aldana { \et al.} [Phys. Rev. Lett. { \bf 98}，095702（2007）]最多构成这些系统的奇异的大速度极限。
2007-11-08 cond-mat.stat-mech
Active crystals and their stability
最近引入的活性相场晶体模型描述了自推进粒子系统中有序静止和运动晶体的形成。增加主动驱动，静止的晶体可以被迫作为单个移动物体执行集体有序的迁移。我们在这里证明，这些有序的迁移结构是线性稳定的。换句话说，在迁移过程中，即使在大的长度尺度上，单晶织构和全局有序的集体运动也被保留下来。此外，我们认为自推进的颗粒被薄流体膜包围的基板上。我们发现，在这种情况下，由此产生的流体动力学相互作用可以不稳定的顺序。
2014-01-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase transitions in systems of self-propelled agents and related network models
鸟群、鱼群和许多类似的自推进粒子集合体的一个重要特征是，出现了粒子朝同一方向运动的集体有序状态。当噪声被添加到系统中时，通过由噪声强度控制的动态相变发生这种集体秩序的开始。虽然最初被认为是连续的，相变已被声称是不连续的基础上，最近报道的数值证据。我们解决这个问题，通过分析两个有代表性的网络模型密切相关的自推进粒子系统。我们目前的分析以及数值计算结果表明，相变的性质在很大程度上取决于噪声引入系统的方式。
2007-01-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Boltzmann and hydrodynamic description for self-propelled particles
我们研究分析出现的自发集体运动大的二维群体的自推进粒子与嘈杂的本地相互作用，一个示意性的生物有机体的组件模型。作为一个中心的结果，我们从个人动力学的流体动力学方程的密度和速度场，从而给出了一个微观的基础，以前的方法中使用的唯象方程。均匀自发运动出现在噪声密度平面中的过渡线以下。然而，这种状态对空间扰动是不稳定的，这表明最终会出现更复杂的结构。
2006-08-03 cond-mat.stat-mech
Asymmetry-Induced Chiral Dynamics in Coupled Self-Propelled Robots: Spinning and Circular Motion
Indian Institute of Technology Mandi（印度理工学院曼迪分校）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
研究两个由弹簧耦合的自推进活性布朗机器人系统中几何不对称如何产生净扭矩，导致持续旋转运动，并展示三种动力学状态：奔跑-翻滚、圆周轨迹和自旋。
2026-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Noise and diffusion of a vibrated self-propelled granular particle
颗粒材料是活性物质的重要物理实现形式。在振动流化的颗粒物质中，扩散和自推进都来自相同的碰撞力，不像许多其他活性系统，在这些活性系统中，单粒子流动性的起源和与噪声的耦合之间有一个清晰的分离。在这里，我们提出了单粒子运动的实验研究，在振动的颗粒单层，随着理论分析，比较晶粒运动在短期和长期的时间尺度的假设和预测，分别，活性布朗粒子（ABP）模型。结果表明，尽管噪声和推进之间的独特关系，粒状介质显示ABP模型预测的通用功能，并表明这是一个有效的框架来预测集体现象。此外，我们的分析方案，用于验证模型的输入和输出可以应用到其他粒度和非粒度系统。
2017-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Power-law correlation in the homogeneous disordered state of anisotropically self-propelled systems
本文通过流体力学论证、自推进晶格气体模拟及非厄米微扰理论，揭示了各向异性自推进系统均匀无序态中密度与极性关联的普适幂律衰减规律，并给出结构因子解析表达式。
2024-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mode Coupling Theory for Nonequilibrium Glassy Dynamics of Thermal Self-Propelled Particles
We present a promising mode coupling theory study for the relaxation and glassy dynamics of a system of strongly interacting self-propelled particles, wherein the self-propulsion force is described by Ornstein-Uhlenbeck colored noise and thermal noises are included. Our starting point is an effective Smoluchowski equation governing the distribution function of particle's positions, from which we derive a memory function equation for the time dependence of density fluctuations in nonequilibrium steady states . With the basic assumption of absence of macroscopic currents and standard mode coupli…
2017-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Boundary-Mediated Phases of Self-Propelled Kuramoto Particles
INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Department of Physics and Astronomy, University of Padova（帕多瓦大学物理与天文学系）
研究边界条件对自推进Kuramoto粒子集体行为的影响，揭示驱动机制如何导致不同聚集态。
2026-03-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Collective forces in scalar active matter
许多粒子悬浮液中的大尺度集体行为，可以从直接微观粒子相互作用之外出现的统计力的平衡来理解。在这里，我们回顾了一些方面的集体力量，可以出现在悬浮液中的自推进的活性布朗粒子：限制下的壁力，界面力，并在浸没机构介导的悬浮液的力量。即使对于非对齐的活性颗粒，这些力也与由壁和主体引起的颗粒取向的非均匀极化或非均匀密度分布密切相关。最后，我们指出了未来的方向和有前途的领域，集体力量的应用在合成活性物质，以及它们在生活中的作用活性物质。
2020-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Individual particle persistence antagonizes global ordering in populations of nematically-aligning self-propelled particles
本文以黄色粘球菌为灵感，研究个体迁移持续性与粒子间相互作用对集体迁移的联合影响，发现高持续性会在向列对齐较强时拮抗全局有序，揭示群体行为受个体内在行为与相互作用共同调控。
2025-02-10 cond-mat.stat-mech nlin.CG nlin.PS
Transport coefficients of self-propelled particles. II. Numerics for vorticity fluctuations and the reverse perturbation method
在这两部分系列的第一部分中，剪切简单液体的反向扰动方法[Phys. Rev. E 59，4894（1999）]被扩展到具有时间离散随机动力学的相互作用粒子系统。为了验证，在本文（第二部分）中，反向微扰法首先应用于一个简单的动量守恒液体，通过多粒子碰撞动力学（MPCD）技术[J. Chem. Phys. 110，8605（1999）]建模。对于MPCD，测得的剪切粘度和理论预测之间的良好协议被发现。此外，本文包含应用程序的反向扰动方法的Vicsek模型的代理基于模拟[物理。75，1226（1995）]及其无度量标准版本。提取的传输系数，运动粘度$ν$和动量放大系数$λ$，进行了比较，理论预测。为了验证输运系数，格林-久保关系进行了评估，并在独立的模拟测量横向电流的相关性。不太远的过渡到集体运动，我们发现很好的协议之间的不同测量的传输系数。然而，$ν$和$1-λ$的测量值总是略高于平均场的预测，即使在大的平均自由程和状态点相当远的阈值集体运动，也就是说，在无序相。这些研究结果似乎表明，平均场假设的分子混沌是不太可靠的系统与速度对齐规则，如Vicsek模型，模型服从细致平衡，如MPCD相比。
2019-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disordered collective motion in dense assemblies of persistent particles
我们探讨了无序的非热活性物质的非平衡集体运动的出现时，持续运动和拥挤效应的竞争，使用模拟的二维模型的大小多分散的自推进粒子。与单分散系统形成鲜明对比，我们发现多分散性可以在任意大的持续时间内稳定均匀的活性液体，其特征是显着的速度相关性和不规则的湍流。对于所有的持久性值，活性流体在大密度下经历非平衡玻璃化转变。这是伴随着集体运动，其性质从近平衡的空间异质动态小持久性，持久性大时，一个质的不同的间歇性动态演变。后一种状态涉及相关位移场的复杂时间演化
2022-06-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anomalous diffusion of self-propelled particles
本研究推广了主动运动的输运方程，通过时间分数阶动力学描述自驱动粒子的反常扩散，推导出任意散射函数下粒子位置的精确概率密度及矩的时间依赖性，发现标度指数在短时和长时区域存在交叉，并验证其满足分数阶扩散方程。
2023-10-25 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
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
Hydrodynamic equations for self-propelled particles: microscopic derivation and stability analysis
考虑气体的自推进粒子与二元相互作用，我们推导出流体动力学方程的密度和速度场的微观动力学，在相关的玻尔兹曼方程的框架。给出了输运系数的显式表达式，作为模型的微观参数的函数。我们发现，流体动力学速度为零的均匀状态是不稳定的临界密度以上（这取决于微观参数），集体运动的发病信号。与数值模拟的自推进粒子的标准模型的比较表明，我们得到的相图是强大的，在这个意义上说，它只依赖于模型的精确定义。虽然均匀流被发现是稳定的远离过渡线，它变得不稳定，相对于有限波长的扰动接近过渡，这意味着一个非平凡的时空结构所产生的流。我们发现孤立波的流体动力学方程的解决方案，非常类似的条纹报告中的直接数值模拟的自推进粒子。
2009-07-27 cond-mat.stat-mech
Phase transitions induced by complex nonlinear noise in a system of self-propelled agents
我们提出了一个自推进粒子协同运动的综合动力学模型，例如，群集，通过结合众所周知的元素，如速度对齐相互作用，空间相互作用，和角度噪声到一个统一的拉格朗日处理。噪声以一种特别现实的方式进入我们的模型：它包含了相关性，是高度非线性的，它导致了独特的集体行为。我们的研究结果表明，不同的稳定区域和明显的变化的性质的一类噪声引起的相变，相对于组的平均速度，作为范围内的速度对齐相互作用的增加。这种相变变化伴随着微观动力学的剧烈变化，从非间歇性到间歇性。我们的研究结果有助于理解其他治疗中存在的相变的起源。
2009-05-20 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
Onset of collective and cohesive motion
我们研究了集体运动的发病，有和没有凝聚力，本地相互作用的嘈杂的自推进粒子群。我们发现，这种相变，在两个空间维度，总是不连续的，包括Vicsek等人的极小模型。{ \bf 75}，1226（1995）]，对于该方法，先前提出了非平凡临界点。我们还表明，凝聚力总是失去了发病附近，由于密度，速度和形状波动的相互作用。
2004-01-13 cond-mat.stat-mech
Local disalignment can promote coherent collective motion through rapid information transfer
当粒子以恒定的速度移动并倾向于调整它们的运动方向时，尽管有显著的噪声水平，有序的大规模运动也会出现。人们研究了这种自推进粒子模型的许多变体，以解释鸟类、鱼类或微生物群体的连贯运动。在这里，我们推广的自推进粒子的经典模型的精确对齐碰撞规则的情况下，粒子碰撞后，往往会在稍微不同的方向远离对方，其特征在于碰撞角$α$。我们绘制出由此产生的相图，并发现，在足够密集的系统中，小的错位可以导致更高的粒子运动方向的全局对齐。我们发现，在这个密集的制度，全球对齐是伴随着一个网格状的空间结构，使信息迅速渗透到系统的“多米诺骨牌”效应。我们的研究结果阐明了相关的失调出现的集体运动的模型与排斥相互作用条款。
2012-12-10 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
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
Collective chemotactic search
Saarland University（萨尔兰大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
研究自推进剂被自身化学轨迹排斥的集体搜索，通过晶格和非晶格模型揭示弱记忆和强记忆两种机制分别通过空间分离和自回避优化搜索效率。
2026-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Relevance of Metric-Free Interactions in Flocking Phenomena
我们表明，自推进粒子的集体性质与他们的“拓扑”（Voronoi）邻居是定性的不同，从通常的模型中使用的度量相互作用范围。无度量相互作用的这种相关性，在最小的设置，表明细胞，鸟群和鱼群的凝聚力运动的现实模型可能要将它们，建议最近的观察。
2010-09-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective Motion with Anticipation: Flocking, Spinning, and Swarming
我们调查的集体动力学的自推进粒子能够探测和预测他们的邻居的方向。我们发现，一个简单的预期策略阻碍了同质群集模式的出现。然而，预期促进了另外两种形式的自组织：集体旋转和群集。在自旋阶段，所有粒子都遵循同步的圆形轨道，而在群集阶段，人口凝聚成一个紧凑的群体，不需要任何凝聚力的相互作用就可以连贯地巡航。我们定量表征和合理化这些阶段的极性活性物质，并讨论了潜在的应用程序的群集机器人的设计。
2015-01-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Patterns, transitions and the role of leaders in the collective dynamics of a simple robotic flock
我们已经开发了一个非常简单的自走式机器人的实验装置，观察集体运动出现的结果，非弹性碰撞。一个圆形的游泳池和商业RC船是我们第一次设置的基础，在那里我们证明了干扰，集群，无序和有序的运动都存在于这样一个简单的实验中，并表明噪声水平在集体动力学的产生中起着根本性的作用。临界噪声范围和不同的集体模式之间的过渡特性进行了研究。在我们的第二个实验中，我们使用了一个实时跟踪系统和一些可操纵的模型船，将智能领导者引入羊群。我们证明，即使是很小的一部分，引导成员可以确定集团的方向，并通过非弹性碰撞增强有序。我们还表明，噪音可以促进和加快与领导者的订购。我们的工作也通过基于代理的仿真模型进行了扩展，并且观察到真实结果和仿真结果之间具有高度相似性。仿真结果表明，三种状态的统计证据和密度之间的负相关性和有序运动由于干扰的开始。我们的实验证实了不同的理论研究和模拟结果在文献中的碰撞为基础的，噪声相关的和领导人驱动的自推进粒子系统。
2012-02-03 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Active matter beyond mean-field: Ring-kinetic theory for self-propelled particles
从相空间中N粒子的精确演化方程出发，导出了Vicsek型自推进剂模型的环动力学理论。该理论超越了平均场，并且不依赖于玻尔兹曼对分子混沌的近似。它可以处理碰撞前的相关性和团簇形成，这两者对于理解集体运动的相变都很重要。我们提出了一个图解技术来执行一个小的密度扩展的碰撞算子，并推导出前两个方程的BBGKY-层次。提出了一种数值求解格子上两粒子关联演化方程的算法。基于代理的模拟和信息量，如取向和密度关联函数进行了比较与环动力学理论得到的。在不太小的噪声和平均自由程下，模拟和理论之间有很好的定量一致性。这表明在Vicsek类模型中存在参数范围，其中BBGKY-层次的相关闭包给出了正确和非平凡的结果。我们计算了无序相的取向关联对距离的依赖关系，发现它似乎符合幂律，指数约为-1.8，然后指数衰减。一般的动力学理论和它的数值解的局限性进行了讨论。
2015-01-16 cond-mat.stat-mech
A kinetic model and scaling properties for non-equilibrium clustering of self-propelled particles
我们表明，聚类统计和相应的相变的非平衡聚类中发现的许多实验和模拟研究与自推进粒子（SPPs）与对齐可以从一个简单的动力学模型。这一方法的关键要素是用团簇质量来缩放团簇横截面-用指数$α$来表征-以及用指数$β$来描述团簇质量来缩放团簇周长。动力学方法的分析表明，SPPs表现出两个阶段：i）一个单独的阶段，其中的集群大小分布（CSD）是由一个指数的尾巴，定义了一个特征集群大小占主导地位，和ii）集体阶段的特点是存在的非单调CSD与局部最大值在大集群大小。在这两个阶段之间的过渡的CSD是很好地描述了一个幂律与临界指数$γ$，这是一个功能的$α$和$β$只有。临界指数被发现是在$0.8 < γ< 1.5$的范围内，在实验和模拟中的观察。
2013-03-05 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dominating Lengthscales of Zebrafish Collective Behaviour
该研究通过三维实验观测50条斑马鱼的集体行为转变，识别出持续长度和最近邻距离两个主导长度尺度，其比值与集体运动极化度稳健相关，并用自驱动粒子简化模型予以解释。
2024-05-15 cond-mat.stat-mech
