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
Escape Kinetics of Self-Propelled Janus Particles from a Cavity: Numerical Simulations
我们数值研究了椭圆Janus粒子从具有反射壁的二维狭窄腔中的逃逸动力学。Janus粒子的自推进速度沿着它们的长轴（长轴）或短轴（扁轴）。我们发现，平均出口时间是非常敏感的腔的几何形状，粒子的形状和自推进强度。当自推进长度等于空泡尺寸时，平均出口时间最小。我们还发现最佳的平均逃逸时间作为自推进速度，平移扩散和颗粒形状的函数。因此，可以实现通道中Janus粒子的有效传输控制机制。
2014-08-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Trochoidal trajectories of self-propelled Janus particles in a diverging laser beam
我们描述了具有金属和电介质面的胶体Janus粒子，其在散焦光镊照射下剧烈游动而不消耗任何化学燃料。这些光学激活的胶体游泳者不是随机游动，而是在光束中来回循环，描绘出蜿蜒的玫瑰花图案。我们提出了一个模型，这种模式的光激活的运输，占所观察到的行为，通过结合自热泳和光致扭矩。在确定性的限制，这个模型产生的轨迹，类似玫瑰花曲线称为次摆线。
2016-09-06 cond-mat.soft physics.optics
Sedimentation of self-propelled Janus colloids: polarization and pressure
我们研究实验-使用Janus胶体-和理论-使用活性布朗粒子-稀活性胶体的沉降。我们首先确认指数密度分布的存在。我们的实验表明，出现一个极化的稳定状态的有效平衡制度之外，即当v_s是不是比推进速度小得多。在不需要拟合参数的情况下，理论预测很好地描述了偏振态的实验分布。然后，我们讨论和比较三种不同的定义的压力沉降颗粒：颗粒的重量以上的一个给定的高度，动量和主动脉冲的流量，和压力计测量的力密度。
2018-05-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-Gaussian statistics for the motion of self-propelled Janus particles: experiment versus theory
球形Janus粒子是活跃布朗物体的最突出的例子之一。本文从实验和理论两方面研究了这种微泳者的扩散泳运动。发现了三个阶段：在短时间内的简单布朗运动，在中间时间的超扩散，最后在长时间内再次扩散行为。在实验中观察到的这三个制度进行了比较与理论模型的自推进粒子的平移和旋转运动耦合的朗之万动力学。除了均方位移，还讨论了更高的位移矩。特别是，关于自推进粒子的非高斯行为的理论预测在实验中得到验证。此外，全位移概率分布进行了分析，在协议与布朗动力学模拟无论是一个非常宽的峰值或明显的双峰结构被发现取决于实验条件。
2013-08-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interfacial aggregation of self-propelled Janus colloids in sessile droplets
封闭系统中的活微生物通常经历对种群边界的亲和力。这种对界面的亲和力的原因可能是它们的定向运动和流体动力学相互作用的组合，其距离大于它们自身的大小。在这里，我们将表明，自推进Janus颗粒（聚苯乙烯颗粒部分涂有铂）浸没在水滴和过氧化氢倾向于积累在附近的液体/气体界面。有趣的是，尽管存在由溶质Marangoni流引起的蒸发驱动流，但界面累积仍会发生，所述溶质Marangoni流通常倾向于在液滴的本体内重新分布颗粒。通过被动胶体（流动示踪剂）进行额外的实验，并与粒子的主动运动和流体流动的数值模拟比较，我们解开观察到的界面粒子积累背后的主导机制。这些结果使我们能够在活跃的Janus粒子和一些生物微泳者之间进行类比，了解它们如何与环境相互作用。
2022-12-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pair-Interactions of Self-Propelled SiO2-Pt Janus Colloids: Chemically Mediated Interactions
本研究针对功能材料自下而上制备背景，实验探究化学活性SiO₂-Pt Janus胶体的成对碰撞，按接触前后取向分类，发现化学泳动相互作用主导碰撞机制与概率，为浓悬浮液组装及未来功能材料研究提供关键依据。
2023-11-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Autophoretic locomotion in weakly viscoelastic fluids at finite Péclet number
在这项工作中，我们数值研究了自推进自泳Janus粒子在弱粘弹性流体中的动力学。自推进是通过驱动表面滑移速度和整体流动的Janus粒子表面性质的不对称来实现的。在这里，我们调查的粘弹性对这个对流扩散问题的Péclet和Damköhler数的范围内。颗粒被发现游泳更快，或更慢，在粘弹性流体中，我们展示了如何反应和扩散速率影响的粘弹性应力，导致推进的变化。
2017-10-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Electric field driven controllable motility of metal-dielectric Janus particles with boojum defects in a nematic liquid crystal
在一个鲜明的对比，二氧化硅颗粒的响应，我们表明，金属介电Janus粒子与boojum缺陷的液晶中的自推进下的作用下施加垂直于导演的电场。通过选择Janus矢量相对于指向矢的适当取向，颗粒可以沿着样品平面中的任何方向传输。粒子的运动方向可以通过改变场的振幅和频率来控制。该命令上的粒子的运动表现出可调的运输和微型机器人的应用是有前途的。
2021-03-01 cond-mat.soft
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
Dynamics of Janus motors with microscopically reversible kinetics
具有化学活性和非活性半球的Janus马达只能在非平衡条件下工作，其中细致平衡被建立非平衡状态的化学物质通量打破。本文建立了一个微观模型，描述了Janus电动机表面上的可逆反应碰撞，并证明了该模型满足细致平衡。该模型被用来研究Janus粒子反应动力学系统在平衡的广义化学速率定律，包括时间依赖性的速率系数与幂律行为被证明是描述反应速率。在保持Janus催化半球上的可逆反应的同时，控制化学亲和力的化学物质的通量将系统驱动到非平衡稳态。自推进Janus电机在这个非平衡稳态的统计特性进行了研究，并与波动热力学理论的预测进行了比较。该模型具有实用性超出了这里提出的例子，因为它允许一个探索的各个方面的非平衡波动系统中的自扩散电泳电机从微观的角度来看。
2018-03-13 cond-mat.soft
Controlled motion of Janus particles in periodically phase-separating binary fluids
数值研究了周期性相分离二元流体混合物中Janus粒子的推进运动。在这项研究中，颗粒尾部的表面更喜欢二元流体组分之一，颗粒头部的润湿性是中性的。在分层期间，更多的反相被选择性地吸附到颗粒尾部。吸附域的增长诱导的流体动力学流在附近的颗粒尾部，这种不对称的泵送流驱动的颗粒朝向颗粒头部。在混合期间，颗粒运动几乎停止，因为混合主要通过扩散发生，并且所产生的流体动力学流动小得可以忽略。重复这个循环，两面粒子就会无限地向头部移动。讨论了组成和重复频率对粒子运动的依赖关系。
2015-04-03 cond-mat.soft
Self-propulsion mechanism of active Janus particles in near-critical binary mixtures
浸在近临界二元混合物中的金冠Janus粒子可以使用照明来推进。我们采用非等温扩散界面方法研究了单胶体的自推进机制。我们把这种运动归因于围绕粒子成核的微米级液滴边缘的体积力。因此，常用的表面速度概念不能解释自推进。颗粒的游动速度与液滴的形状和尺寸有关，这由所谓的临界等温线决定。存在两种不同的游动状态，取决于液滴是否部分或完全覆盖颗粒。有趣的是，游泳速度对温度的依赖性是非单调的，在这两个制度。
2015-06-18 cond-mat.soft
Microscopic and continuum descriptions of Janus motor fluid flow fields
主动介质，其组成部分能够自主移动，显示出不同于平衡系统的新特征。除了天然存在的活性系统，如游泳细菌种群，合成自推进纳米马达的活性系统已经开发出来。这些合成系统是有趣的，因为它们在各种领域的潜在应用。Janus粒子是球形几何形状的合成发动机，其中一个半球催化燃料转化为产物，另一个半球不催化，可以通过自扩散电泳在溶液中推动自己。在这种机制中，由不对称催化活性产生的浓度梯度导致马达上的力，该力引起周围介质中的流体流动。这些流体流动的详细研究，通过微观模拟的Janus电机运动和连续理论。结果表明，连续介质理论是能够捕捉到许多，但不是所有的Janus电机的动力学和流体的速度场的功能。
2016-11-11 cond-mat.soft
Optoelectronically Enabled Simultaneous and Decoupled Navigation and Selective Pairing of Electrically Driven Janus Particles for Multi-Agent Microrobotics
School of Mechanical Engineering, Tel-Aviv University（特拉维夫大学机械工程学院）；School of Biomedical Engineering, Tel-Aviv University（特拉维夫大学生物医学工程学院）
本文提出光电子策略，通过可编程虚拟电极实现电驱动双面神颗粒的同步解耦控制，完成多颗粒配对与独立操控，为多智能体微机器人操控提供通用框架。
2026-10-14 cond-mat.soft
Electrophoresis of active Janus particles
本文从理论上研究了一个自驱动的主动Janus马达在外部电场中的运动。外部场可以操纵Janus粒子的路线，并迫使它向所需的目标移动。为了研究这种主动电机的轨迹，我们使用微扰方案。在Janus粒子的表面活性和外场的主要顺序下，Janus粒子的取向动力学表现得像数学钟摆，其角速度对电机的电场和表面活性都敏感。
2019-06-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic simulations of self-phoretic microswimmers
本文建立了一个介观流体动力学模型来模拟热泳或扩散泳驱动的合成自推进Janus粒子。我们首先提出了一个被动的胶体球模型，它再现了正确的旋转动力学与强大的泳动效应。这个胶体溶液模型采用了多粒子碰撞动力学描述的溶剂，并结合潜在的相互作用与溶剂，坚持边界条件。引入非对称和特殊的胶体表面来产生自泳Janus粒子的性质。比较研究了Janus和microdimer泳动者的游泳速度和诱导流行为。自泳微二聚体显示出长程流体动力学相互作用，并且可以被表征为牵引器或推动器。相反，Janus粒子的特征是短程流体动力学相互作用，并表现为中性游泳者。我们的模型很好地模仿了最近的实验实现的自泳Janus粒子。
2014-03-04 cond-mat.soft
Autonomously Probing Viscoelasticity in Disordered Suspensions
最近的实验表明，一个强大的旋转扩散增强自推进微流变探针在胶体玻璃。在这里，我们提供了微观的理解，使用模拟与摩擦探针介质耦合，将主动平移转化为旋转。扩散增强出现从介质的无序结构和峰值在第二阶过渡的接触的数量。我们的研究结果再现了胶体玻璃实验的显着特点，并支持一个有效的描述，适用于更广泛的一类粘弹性悬浮液。
2020-12-19 cond-mat.soft
Chemotactic and hydrodynamic effects on collective dynamics of self-diffusiophoretic Janus motors
由化学反应驱动的自推进Janus马达的非平衡稳态悬浮液中的集体运动可以由于来自直接分子间力、流体动力学流动效应或化学梯度介导的趋化效应的相互作用而产生。这些相互作用的相对重要性取决于电机的反应特性、系统保持稳定状态的方式以及悬浮液的性质，例如体积分数。从模拟的微观硬碰撞模型的流体粒子与Janus电机的相互作用，我们表明，动态集群状态的存在，并确定的相互作用机制，负责其形成。趋化和流体动力学效应的相对重要性是通过考虑一个微观模型，其中趋化效应被关闭，而保留完整的流体动力学相互作用。该系统通过本体反应维持在稳定状态，在该本体反应中，产物颗粒再转化成燃料颗粒。研究了本体反应速率对集体动力学的影响。
2017-07-29 cond-mat.soft
From Clarkia to Escherichia and Janus: the physics of natural and synthetic active colloids
活性胶体是从其环境中吸收自由能并利用该能量进行内在非平衡活动（如生长、复制和自我推进运动）的颗粒悬浮液。活性胶体的一个明显的例子是细菌的悬浮液，如大肠杆菌，它们的物理尺寸几乎总是在胶体范围内。合成的自推进颗粒最近也变得可用，例如双面或Janus，通过在其表面上的不同化学反应驱动自泳运动而推进的颗粒。在这些讲座中，我给一个教学介绍的物理学的单粒子和集体性质的活性胶体，重点是自我推进。我将比较和对比“游泳者”悬浮液中的现象与被动粒子悬浮液的行为，在被动粒子悬浮液中只有布朗运动（由罗伯特·布朗在野花{ \it Clarkia pulchella}花粉的颗粒中发现）是相关的。我将特别关注与使用这些活性颗粒悬浮液进行实验有关的问题，例如如何确定悬浮液的游泳速度分布，并包括一个附录，以指导物理学家开始培养能动细菌。
2013-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Non-Gaussian behaviour of a self-propelled particle on a substrate
通过解析求解朗之万方程，研究了自走质点在投影内力作用下的过阻尼布朗运动。所研究的“活性”粒子被限制在沿着线性通道移动。其内力的方向在垂直于衬底的平面内的单位圆上定向扩散。附加的时间相关扭矩作用于内力方向。该模型是相关的活性粒子，如催化驱动的Janus粒子和细菌在基板上移动。分析结果的前四个时间相关的位移力矩，并分析了几种特殊情况。对于消失的扭矩，有一个显着的动力学非高斯行为在有限的时间t的信号在粒子位移的非零归一化峰度接近零长时间与1/t长时间的尾巴。
2009-06-18 cond-mat.soft
Programmable Active Janus Droplets Driven by Water/Alcohol Phase Separation
我们报告存在的自推进Janus液滴驱动相分离，这是能够提供货物在一个可编程的方式。自推进液滴最初由角鲨烷/单油酸甘油酯溶液中的水/乙醇混合物形成，并且取决于乙醇浓度在多达三个阶段中演变。在第一阶段中，液滴推进由源自乙醇在油相中的溶解的Marangoni流产生。在该过程中，液滴吸收表面活性剂分子;与乙醇的连续损失相结合，这导致水/乙醇/单油酸甘油酯混合物的相分离和Janus液滴的形成，即富水液滴连接到能够递送货物的富乙醇液滴。我们的特点不同的演化阶段的自推进的液滴周围的流场，从一个弱的推动者，在一个中性的游泳者，二聚体的中性游泳者的演变。最后，我们利用这个主动系统来运送DNA作为货物。通过改变液滴的化学成分来调整相分离之前的延迟时间，可以对几种不同的货物输送过程进行编程。
2016-12-23 cond-mat.soft
Rational design and dynamics of self-propelled colloidal bead chains: from rotators to flagella
设计新的自推进胶体的探索是由简单的实验模型来研究其更复杂的自然对应物的集体行为的需求推动的。大多数合成的自推进粒子通过将输入能量转化为平移运动来移动。在这项工作中，我们解决的问题，如果简单的自我推进领域可以组装成更复杂的结构，表现出旋转运动，可能再加上平移运动的鞭毛。我们利用诱导偶极相互作用和结合步骤的组合来创建永久线性珠链，由自推进Janus球体组成，具有良好控制的内部结构。接下来，我们研究链中个体游泳者之间的灵活性如何影响其游泳行为。永久刚性链只表现出积极的旋转或旋转运动，而较长的半柔性链表现出平移和旋转运动类似鞭毛样运动，在燃料的存在下。此外，我们能够再现我们的实验结果，使用数值计算与极小模型，其中包括与流体的充分的流体动力学相互作用。我们的方法是通用的，并开辟了一种新的方式来设计新的自推进胶体与复杂的游泳行为，使用不同的复杂的启动积木结合它们之间的灵活性。
2017-09-20 cond-mat.soft
We the Droplets: A Constitutional Approach to Active and Self-Propelled Emulsions
活性物质，特别是活性乳液的领域正在迅速发展，最近在理论和实验方面都取得了重大进展。本文综述了与主动液滴相关的实验研究进展。活性液滴的构成，特别是界面的化学成分和结构，是关键的。我们讨论了如何乳液性能，如运动机制，速度，轨迹，相互作用强度和寿命与液滴组成。我们不仅考虑了传统的单一乳液，而且考虑了更复杂的变体，如Janus液滴，Pickering乳液和多重乳液。描述了孤立液滴的主动行为以及液滴之间的成对和多体相互作用。物理屏障的影响，形状的局部化学梯度和流体流动也突出显示。本文综述了主动液滴研究的过去、现在和未来的实验研究方向。
2022-05-04 cond-mat.soft
Activated barrier crossing dynamics of a Janus particle carrying cargo
我们数值研究的逃逸动力学的自推进Janus粒子，携带货物，从亚稳态。我们假设货物是通过一个弹性的谐波弹簧附着在Janus粒子上的。我们考虑到速度场的影响，在流体中创建由于二聚体的组件的运动，通过考虑空间相关的扩散张量（Oseen张量）。我们的模拟结果表明，势垒跨越事件和转动弛豫过程之间的同步可以在很大程度上提高逃逸率。此外，Janus粒子的承载能力在很大程度上受其旋转动力学和自推进速度控制。此外，流体动力学的相互作用，显着，提高了Janus货物二聚体的逃逸率。逃逸动力学的最重要的功能已被证明是基于分析参数。
2018-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Light-activated Janus particles in geometrically confined binary solvent
Institute of Physical Chemistry, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理化学研究所）；Ruđer Bošković Institute（鲁德·博什科维奇研究所）；Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme（马克斯·普朗克智能系统研究所）；Kyoto University（京都大学）
研究空间受限二元溶剂中光激活 Janus 粒子的自推进，用考虑局部相分离等效应的数值模拟，发现受限使推进速度降低、定向运动时间延长，取向动力学不限于二维，还阐明关键物理参数对粒子运动控制效率的意义。
2026-07-17 cond-mat.soft
Enhanced rotational diffusion and spontaneous rotation of an active Janus disk in a complex fluid
本文通过有限元模拟研究活性Janus盘在复杂流体中的旋转动力学，揭示活性运动与流体微结构相互作用导致旋转扩散显著增强和自发旋转，并阐明其与推进速度、组分密度及相互作用的依赖关系。
2024-10-02 cond-mat.soft
Configurational Entropy of Self Propelled Glass Formers
本文计算自推进模型玻璃形成体的构型熵，发现非谐贡献不可忽略，并验证其符合广义 Adam-Gibbs 关系，进而得到构型熵与点到集长度尺度的标度关系。
2022-12-11 cond-mat.soft
Dynamics of a spherical self-propelled tracer in a polymeric medium: interplay of self-propulsion, stickiness, and crowding
我们采用计算机模拟研究的动态自推进的球形示踪粒子在粘弹性介质中，由一个长的聚合物链。在这里，粘弹性，粘性和活动（自推进）之间的相互作用带来了额外的复杂性示踪剂动力学。模拟结果表明，随着示踪粒子与聚合物微球的粘附力的增加，示踪粒子的动力学随其粘附在聚合物微球上而减慢，并随其移动，但随着自推进速度的增加，动力学增强.在增加粘性以及活性的情况下，非高斯参数（NGP）表现出非单调行为，这也显示在van-Hove函数的重新缩放的自身部分中。由于增强的结合事件和示踪剂随着链的粘性增加的粘性运动，导致非高斯性。另一方面，随着活性的增加，最初非高斯性随着示踪剂移动通过非均相聚合物环境而增加，但对于更高的活性，逃逸导致负NGP。粘性越大，被动示踪粒子的捕获时间分布越宽，并且有较长的拖尾。另一方面，对于给定的粘性，随着自推进力的增加，其变得更窄并且具有短的尾部。我们相信，我们目前的模拟研究将有助于阐明在粘弹性介质中的活动驱动探头的复杂运动。
2022-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Light-responsive active particles in a thermotropic liquid crystal
本文首次在热致液晶5CB中利用光热Janus粒子诱导局部向列-各向同性相变实现自推进，并通过考虑各向异性粘度和粘弹性的模型解释了不同光强下的粒子运动行为。
2024-05-07 cond-mat.soft
Trapping of interacting propelled colloidal particles in inhomogeneous media
提出了一种基于非均匀驱动的胶体粒子捕集机理，并通过计算机模拟进行了研究。在实验中，该方法可以使用由光源驱动的电泳Janus粒子来实现，该光源通过遮光罩照射并导致粒子在被动部分中的积累。使用由非均匀驱动器产生的有效非均匀扩散常数导出累积参数的方程。粒子相互作用的捕获机制的影响进行了研究，以及被动诱导的捕获和紧急的自聚簇的系统包含一个高密度的活性粒子之间的相互作用。这两种效果的结合使得集群对于应用程序来说更可控。
2015-03-03 cond-mat.soft physics.comp-ph
Run-and-Tumble-Like Motion of Active Colloids in Viscoelastic Media
翻滚运动是许多活微生物采用的一种重要运动策略。它的特点是直线游泳间隔（运行），这是由突然重新定向事件（翻滚）中断。与此相反，方向变化的合成microswimmer（活性粒子，AP）是由旋转扩散，这是叠加与他们的平移运动，从而导致相当连续和缓慢的粒子重新取向。在这里，我们表明，活性粒子也可以进行游泳运动的平移和取向的变化被解开，类似于RNT。在我们的系统中，这种运动是通过粘弹性溶剂和自推进速度的周期性调制来实现的。在实验上，这是使用光激活的Janus胶体实现的，该胶体由随时间变化的激光场照射。我们观察到一个强大的增强有效的平移和旋转运动时的调制时间是可比的粘弹性流体的弛豫时间。我们的发现可以用弹性应力的松弛来解释，弹性应力在自我推进过程中积累，当活动停止时突然释放。除了更好地了解粘弹性环境中的主动运动，我们的研究结果可能会建议在复杂环境中的合成microswimmer新的转向策略。
2017-11-29 cond-mat.soft
The stress tensor of dilute active colloidal suspensions
Center for Nonlinear Phenomena and Complex Systems, Université Libre de Bruxelles (U.L.B.)（非线性现象与复杂系统中心，布鲁塞尔自由大学）
研究稀释活性胶体悬浮液的应力张量，结合自扩散菲克效应和化学反应，推导出有效粘度公式及两个新贡献。
2025-03-14 cond-mat.soft
Brownian motion of a self-propelled particle
通过解析求解朗之万方程，研究了自推进粒子的过阻尼布朗运动。在平移和旋转扩散的顶部，在所提出的模型的上下文中，“活性”粒子沿着其内部取向轴被驱动。我们计算的前四个时刻的概率分布函数的位移作为时间的函数的球形粒子各向同性平移扩散以及各向异性椭球粒子。在这两种情况下，平移和旋转运动要么是无限制的，要么是限制在一维或二维。有限时间t处的显著非高斯行为由非零峰度表示。为了界定超扩散制度，这发生在中间的时间，两个时间尺度被确定。对于某些模型情况，可以观察到均方位移的特征t^3行为。将真实的和人造的微泳者（如细菌或催化驱动的Janus粒子）的动力学与我们的分析表达式进行比较，可以揭示它们的运动是否是布朗运动。
2010-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mesoscopic Turbulence and Local Order in Janus Particles Self-Propelling under an AC Electric Field
为了阐明活性粒子所表现出的介观湍流机制，我们对无生命自推进粒子的湍流状态进行了实验研究。我们实现了一个实验系统与密集的悬浮液的不对称胶体颗粒（Janus粒子）的自推进下的交流电场的二维表面。在拥挤的情况下，Janus粒子的速度场可以看作是一种湍流，因为它包含了许多旋涡，它们的速度是突变的。速度场的关联函数揭示了极性排列和反平行排列相互作用的共存，这被认为是触发介观湍流的原因。局部序参量的概率分布表明，极性和极性的顺序与粒子在同一方向上移动的局部集群的形成。速度场的能谱中出现了一个宽峰，在空间尺度上观察到极性排列和团簇形成。能量是在粒子尺度上注入的，这样的守恒量，如能量，可以级联向更大的集群。
2015-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Active colloids at fluid interfaces
如果活性Janus颗粒被捕获在液体和流体之间的界面处，则由于两个相邻流体相之间的粘度对比，其沿着界面的自推进运动受到颗粒上的净扭矩的影响。对于一个简单的模型，一个活跃的，球形的Janus胶体，我们分析的条件下，沿界面发生翻译，我们提供相应的持久性长度的估计。我们表明，在某些条件下，这样的粒子的持久性长度是显着大于相应的散装液体，这是在最近的实验研究中观察到的趋势。
2016-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Diffusion of Janus Particles in Bacterial Suspensions: Second-Order Phase Transition and Counterintuitive Directional Propulsion
通过建立细菌趋化性的分子动力学模型，首次研究了考虑趋化效应的细菌悬浮液中示踪剂的统计特性。我们证明了非高斯统计的全涂层示踪剂来自于非热细菌噪声。此外，Janus（半涂层）示踪剂执行的复合随机行走结合幂律尾分布的Lévy飞行与布朗抖动在低涂层浓度，但转向增强定向传输（EDT）时，涂层浓度高。与传统的自推进颗粒不同，在增加涂层浓度时，EDT的方向从沿着示踪剂取向反直觉地反转到与示踪剂取向相反。这两个过渡被确定为二阶，与相边界满足在一个三相点。提出了一个理论模型，揭示了这种异常的输运行为的起源。我们的研究结果揭示了活性物质在外界刺激下的基本非平衡物理，强调了非对称环境在调节生物系统中的运输过程中的关键作用。
2017-05-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Learning general pair interactions between self-propelled particles
本文利用随机力推断从实验轨迹学习自推进Janus粒子的一般对相互作用，发现径向排斥且各向同性、角向依赖丰富、横向可忽略，且相互作用含流体动力学成分，模拟可重现实验并外推。
2025-07-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian motion with memory delay induced by a viscoelastic medium
主动布朗运动是描述介观自推进粒子在牛顿流体中运动的一个成熟模型。基于广义Langevin方程，提出了一个考虑粘弹性介质时滞响应的具有记忆时滞的主动布朗运动的分析框架，该框架假设了平移和定向自由度的摩擦核均随时间变化.解析结果得到的取向关联函数，平均位移和均方位移，我们特别是评估的麦克斯韦流体的特点是由一个内核，在时间上呈指数衰减。此外，我们确定了记忆诱导的有效自推进力和粒子取向，我们量化的一个特殊的动态关联函数方面的延迟。在原则上，我们的预测可以验证在各种粘弹性环境，如聚合物溶液中的活性胶体颗粒。
2022-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium dynamical structure of a dilute suspension of active particles in a viscoelastic fluid
在这项工作中，我们研究了线性粘弹性流体中的活性颗粒的稀悬浮液的数密度波动的动力学。我们提出了一个模型的活性粒子的频率依赖性的扩散系数，它捕获的效果，旋转扩散的持久性，他们的自我推进的运动和介质的粘弹性。利用脉动流体力学，推导了主动悬架的线性化方程，并由此计算了其动态结构因子和相应的中间散射函数。对于一个麦克斯韦型流变模型，我们发现一个复杂的依赖这些功能上的参数，表征的粘弹性的溶剂和活性的颗粒，这可以显着偏离那些被动颗粒的惰性悬浮液和主动悬浮液在牛顿溶剂。特别是，在某些区域的参数空间中，我们发现在某些波数的中间散射函数的振荡的出现，这代表的标志的非平衡粒子活动的动态结构的悬浮液，也编码的介质的粘弹性。
2022-06-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microswimming in viscoelastic fluids
微生物和精子在复杂粘弹性流体中的运动在受精、感染和生物膜形成等许多生物过程中至关重要。根据其推进机制，微型游泳者对复杂的流体环境表现出各种反应：增加或降低其游泳速度和效率，修改其推进运动学和游泳步态，并与周围环境发生不同的流体动力学相互作用。在这篇文章中，我们回顾了在复杂的粘弹性流体中的生物和合成的微泳运动的基本物理。从一个连续的框架，我们描述了主要的理论方法开发的粘弹性流体中，通常依赖于渐近小的无量纲参数的微游泳模型。然后，我们总结了在无界粘弹性流体中纤毛，摆动鞭毛和旋转螺旋鞭毛推动的单细胞运动的最新进展。接下来，我们简要地讨论了其他物理因素的影响，包括复杂的生物流体的微观尺度的异质性，布朗波动的作用的微泳，聚合物缠结的效果和剪切稀化粘度的影响。特别是，对于长聚合物链的解决方案，其大小与鞭毛的半径相当，连续模型不能使用，而是布朗动力学的聚合物可以预测的游泳动力学。最后，我们讨论了粘弹性的影响，在存在表面或外部流的情况下，其对集体细胞行为的影响。
2021-09-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active diffusion of self-propelled particles in flexible polymer networks
具有网状拓扑结构的生物聚合物网络，细胞外基质和粘液凝胶是普遍存在的。这是一个开放的问题，以了解如何自推进剂，如Janus胶体颗粒扩散通过这样的生物聚合物网络。在这里，我们通过明确建模三维生物聚合物网络和执行Langevin动力学模拟的主动扩散的自推进示踪剂在其中计算深入探讨这个问题。我们发现，活性示踪剂进行不同的扩散动力学取决于网格的颗粒大小和Péclet数（Pe）。当颗粒小于筛目尺寸时，其如同在自由空间中移动，根据聚合物占据密度和Pe，其移动性降低。然而，当颗粒尺寸增加到与筛目尺寸相当时，活性颗粒使用捕获和跳跃机制探索聚合物网络。我们研究了在不同Pe下的捕获时间分布、飞行长度分布、均方位移和长时间扩散率。如果颗粒大于网格，则它在短时间内捕获聚合物网络的集体粘弹性动力学，并且在长时间内捕获整个系统的简单扩散。最后，我们讨论的标度行为的长期扩散与Pe，在那里我们找到一个范围的Pe，产生一个非平凡的幂律。后者原来是从一个大的波动的捕获，激活示踪剂与响应聚合物网络共轭。
2022-02-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phoretic self-propulsion: a mesoscopic description of reaction dynamics that powers motion
合成自推进粒子的制造及其动力学的实验研究激发了人们对推动纳米和微米尺度物体的自生电泳效应的兴趣。这些现象的理论建模往往是基于不同的电泳推进机制，包括自电泳，自扩散电泳和自热泳的溶剂的连续描述。本文中的工作考虑了在电机表面和体相流体中的各种类型的催化化学反应，这些反应在介观动力学描述中发挥作用。该配方是说明通过发展的介观反应动力学的放热和解离反应，用于动力马达运动。这些机制的复合Janus粒子的自推进动力学的模拟结果。
2012-09-27 cond-mat.soft physics.chem-ph
Active Brownian motion in a single-relaxation viscoelastic fluid
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
该研究扩展了模拟单弛豫粘弹性流体的布朗动力学模型，分析并模拟了主动布朗粒子在粘弹性介质中的两类主导动力学 regime，与实验定量吻合，为相关研究提供了可控的粘弹性环境。
2026-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flagellar Dynamics of Chains of Active Janus Particles Fueled by an AC electric field
研究了交流电场作用下自推进非对称胶体粒子（Janus粒子）的主动动力学。通过调节外加电场的频率和溶液的离子浓度，可以控制自推进的速度和方向以及颗粒之间的吸引相互作用的强度。在高离子浓度下的强吸引力引起Janus粒子的链形成，这可以用粒子上的四极电荷分布来解释。观察到的链的形成，而不管的粒子的自推进的方向。当链头的位置和方向固定时，它们表现出令人想起真核鞭毛的跳动行为。Janus粒子链的跳动频率取决于所施加的电压，因此也取决于自推进力。拍频和自推进力之间的比例关系偏离了先前对活动细丝的理论预测。然而，这个矛盾是解决假设粒子之间的吸引力相互作用是介导的四极分布的感应电荷，这给出了间接的，但令人信服的证据的机制Janus粒子。这意味着以前被忽视的推进机制和相互作用机制之间的依赖性可以改变跳动行为的色散关系。此外，链内的水动力相互作用及其对推进速度的影响进行了讨论。这些提供了新的见解活性丝，如生物功能的最佳鞭毛设计。
2017-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active colloidal propulsion over a crystalline surface
我们从实验和理论两方面研究了二维晶体表面上化学自推进Janus胶体移动的动力学。表面是一个六角形的紧密堆积的单层胶体颗粒的大小相同的移动。自推进胶体的动力学反映了由于周期性表面而导致的受阻扩散与由于主动运动而导致的增强扩散之间的竞争。哪种贡献占主导地位取决于推进强度，而推进强度可以通过改变化学燃料的浓度来系统地调整。从实验中得到的均方位移表现出增强扩散在长滞后时间。我们的实验数据是一致的朗之万模型有效的二维平移运动的一个活跃的布朗粒子在一个周期性的潜力，结合重力和晶体表面的限制效果与自由旋转扩散的胶体。近似的分析预测的均方位移描述的交叉从自由布朗运动在短时间内积极扩散在长时间。结果是在半定量协议与数值结果的一个精致的Langevin模型，对待平移和旋转自由度在同一立足点。
2017-07-18 cond-mat.soft
Emergence of oscillatory states of self-propelled colloids under optical confinement
Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）
研究光束作用下自驱动胶体的单粒子运动，发现其在接近固体表面时表现出准二维活性运动，并通过旋转反转形成稳定振荡态，提出包含非线性扭矩效应的最小现象模型解释其定向变化。
2025-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Boltzmann-Ginzburg-Landau theory for autochemotaxis of active rod-like particles
本文通过玻尔兹曼-金兹堡-朗道理论，研究活性杆状粒子中趋化与取向相互作用的耦合，发现平移趋化促进失稳而旋转趋化抑制失稳，揭示二者对集体动力学的相反作用。
2025-06-23 cond-mat.soft
An active approach to colloidal self-assembly
在这篇综述中，我们讨论了自推进胶体颗粒的自组装的最新进展，并强调了一些最令人兴奋的结果，在这一领域的干活性物质的具体重点。我们通过胶体构建块的复杂性的镜头来探索这种现象。我们首先考虑各向同性球形粒子的行为。然后，我们讨论的情况下，两亲性和偶极Janus粒子。最后，我们展示了如何的胶体的几何形状和/或它们的相互作用的方向性可以用来控制组装的活性聚集体的物理性质，并建议可能的策略，如何利用活动作为一个可调的驱动力自组装。活性胶体的独特性质为下一代功能性环境传感微结构的设计提供了希望，这些微结构能够以自主和有针对性的方式执行特定任务。
2021-02-23 cond-mat.soft
Selecting active matter according to motility in an acoustofluidic setup: Self-propelled particles and sperm cells
本文提出一种利用可调谐声流控陷阱按运动能力分选活性物质的新方法，高运动能力个体可逃逸，并通过模拟、自推进 Janus 颗粒和人类精子实验验证，可用于辅助生殖及其他活性系统分选。
2024-04-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Discovering dynamic laws from observations: the case of self-propelled, interacting colloids
本文提出用图神经网络从集体运动中学习自驱动胶体的主动力与二体力，并通过数值模拟和电泳Janus粒子实验验证，揭示了电场依赖的主动力及屏蔽静电相互作用机制。
2025-03-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Non-Newtonian effects on the slip and mobility of a self-propelling active particle
Janus粒子通过沿其活性表面产生浓度梯度来推进自身。这在表面附近引起流动，称为扩散渗透滑移，其即使在没有外部施加的浓度梯度的情况下也会推动颗粒。在这项工作中，我们研究的粘弹性和剪切变稀（描述的二阶流体和Carreau模型，分别）上的扩散渗透滑动的活性表面上的影响。利用匹配的渐近展开，我们提供了一个解析表达式的修改引起的非牛顿行为的滑移。结果表明，由聚合物弹性引起的滑移速度的修正与浓度场的二阶切向导数成正比。利用互等定理，我们估计这种修改的Janus球的流动性的影响。目前的研究也有直接影响的理解复杂的流体在扩散渗透泵的运输。
2020-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active phase separation by turning toward regions of higher density
对从分子组装到动物群体的活性物质的研究揭示了两大类行为：排列的趋势产生取向有序和集体运动，而粒子排斥导致自捕获和运动诱导的相分离。在这里，我们报告的第三类行为：取向的相互作用，产生积极的相分离。结合理论和实验的自推进Janus胶体，我们表明，较强的排斥力的后方比这些粒子的前面产生非互易性的扭矩，重定向粒子运动向高密度区域。因此，颗粒会向拥挤的区域自我推进，从而导致相分离。团簇保持流动性，并表现出快速的颗粒周转，与通常由自捕获产生的堵塞的团簇相反，并且界面足够宽，它们跨越整个团簇。总的来说，我们的工作确定了一个基于扭矩的机制，在活性流体中的相分离，我们的理论预测，这些取向的相互作用产生共存的阶段，缺乏内部的取向秩序。
2021-11-22 cond-mat.soft
Dynamics of a linear magnetic "microswimmer molecule"
与由单个原子组成的纳米级分子类似，我们认为是一种活跃的“微泳分子”。它由三个单独的磁性胶体微游泳者组成，这些微游泳者通过谐波弹簧连接并相互流体动力学地相互作用。在基态，它们形成线性直分子。我们分析了这种直配置的扰动的弛豫动力学。作为一个中心的结果，随着自推进的增加，我们观察到一个振荡的不稳定性符合亚临界Hopf分叉的情况。它伴随着一个螺旋形的半径增加的游泳轨迹。我们的结果可以通过实验来检验，例如使用磁性自推进Janus粒子，假设由DNA分子连接。
2015-11-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
