Active crystals on a sphere
弯曲流形上的二维晶体表现出非平凡的缺陷结构。在这里，我们考虑在一个球体上的“活性晶体”，它是由自我推进的胶体颗粒。我们的工作是基于一个新的相场晶体型模型，涉及到密度和偏振场的领域。根据自推进的强度，发现了三种不同类型的晶体：静态晶体、包含两个局部速度的涡旋极的自旋转“涡旋-涡旋”晶体和具有结晶发生的源极和活性晶体熔化的汇极的自平移“源-汇”晶体。这些不同的结晶状态以及它们的缺陷在这里进行了理论研究，原则上可以在实验中得到证实。
2018-02-14 cond-mat.soft
Self-Propelled Rods: Linking Alignment-Dominated and Repulsion-Dominated Active Matter
我们研究了一个强大的自推进杆通过体积排阻相互作用的模型，并表明其集体动力学包括相应的Vicsek式模型（局部对齐是唯一的相互作用），和运动诱导的相分离（当排斥占主导地位时发生）。这些结果统一了迄今为止关于干活性物质的基本上互不相关的知识体系，并澄清了所涉及的各个相的性质。
2018-07-03 cond-mat.soft
Microphase separation in two dimensional suspensions of self-propelled spheres and dumbbells
我们利用数值模拟研究了自推进球形和哑铃形粒子通过微相分离诱导势相互作用的相行为。我们的研究结果表明，在适当的条件下，有可能驱动形成两个新的活性状态;自旋簇晶体，即具有有限大小的自旋微晶作为晶格位置的有序介观相，和活簇流体，即每个“颗粒”是有限大小的活簇的二维流体。我们讨论了这些阶段的动力学，并提出了在广泛的积极力量下扩展其稳定性的方法。
2015-10-12 cond-mat.soft
Self-propelled particle in a nonconvex external potential: Persistent limit in one dimension
非对齐自推进粒子的平衡映射技术已经使人们有可能预测的密度分布的一个积极的理想气体在各种各样的外部电位，但他们失败时，自推进是非常持久的潜力是非凸的，这正是当最独特的活动现象发生。在这里，我们展示了如何预测的密度分布的一维主动Ornstein-Uhlenbeck粒子在任意外部潜在的持久性限制，并讨论潜在的非凸性的解决方案的结构上的后果，包括潜在的拐点和非局部依赖的密度分布的潜在的核心作用。
2018-12-13 cond-mat.soft
Self-propelled hard disks: implicit alignment and transition to collective motion
我们发现，低密度均匀相的自推进硬盘表现出从各向同性的极性集体运动的过渡，虽然从Vicsek一个定性不同的类。在没有噪声的情况下，在各向同性相和完全极性吸收状态之间发生突然的不连续过渡。随着噪声的增加，过渡在三临界点处变得连续。我们解释了我们所有的数值结果的玻尔兹曼理论的框架内，二进制散射特性的基础上。我们表明，本模型和Vicsek模型之间观察到的定性差异，在他们的相行为的水平，采取他们的起源在散射事件发生的完全相反的物理。我们认为，这种差异一般将举行自推进粒子与排斥短程相互作用的系统。
2015-02-26 cond-mat.soft
Competing ferromagnetic and nematic alignment in self-propelled polar particles
我们研究了Vicsek式的自推进粒子模型，其中铁磁和铁磁排列在通常的“度量”版本和“无度量”的情况下，粒子与其Voronoi邻居相互作用的竞争。我们证明了这个非平衡XY模型的相图与它的平衡对应物的相图相似：在[F. Ginelli，F.佩鲁阿尼湾Baer和H. Chaté，Phys. Rev. Lett. 104，184502（2010）]，因此对于向铁磁对准引入适度的相互作用偏置是稳健的。极性和双序相位之间的直接过渡被证明是不连续的度量的情况下，和连续的，属于伊辛普适性类，在度量自由的版本。
2012-06-18 cond-mat.soft
Traveling and resting crystals in active systems
本文提出了一种适用于活性体系结晶的微观场论，它将冻结的相场晶体模型与自推进粒子的Toner-Tu理论统一起来。预测和表征了大量不同的活性晶态。特别是，为了增加自推进的强度，发现从静止晶体到移动晶体状态的过渡，其中颗粒集体迁移，同时保持其晶体顺序。我们的预测在实验和粒子分辨计算机模拟中得到了验证，为新活性材料的设计提供了一个起点。
2012-09-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spinodal-assisted crystallization in polymer melts
最近的实验在一些聚合物熔体淬火低于熔融温度下的小角X射线散射的旋节动力学晶体结构出现之前的报告。为了解释这些观察结果，我们提出，密度和链构象之间的耦合诱导平衡液晶固体共存区域内的液-液双结点。一个简单的唯象理论来说明这个想法，并讨论了几个实验检验的后果。剪切被示出，以提高隐藏的双节点的动力学作用。
1998-06-02 cond-mat.soft
Translational and rotational dynamics of a self-propelled Janus probe in crowded environments
我们计算调查的动态自推进Janus探头在拥挤的环境中。拥挤是由粘弹性聚合物或非粘弹性断开单体的存在引起的。我们的模拟结果表明，平移，以及旋转均方位移，有一个独特的三步增长固定值的自推进力，并稳步增加与自推进，无论性质的拥挤。另一方面，在没有拥挤的情况下，Janus探测器的旋转动力学与自推进力无关。取代排斥聚合物与粘性的，平移和旋转均方位移的Janus探针显示急剧下降。由于Janus粒子的不同面与环境的相互作用不同，我们表明自推进的方向也会影响其动力学。固定的自推进的自推进探针的长时间平移和旋转扩散率的比率，当绘制对拥挤的面积分数，通过一个最小值，并在较高的面积分数合并到其值的情况下的拥挤。这指向在拥挤器的中间区域分数处的自推进探头的平移和旋转动力学的解耦。然而，这种旋转-旋转解耦对于无源探头是不存在的。
2020-08-05 cond-mat.soft
Dynamics of a self-propelled particle in a harmonic trap
本文从实验、数值和理论上研究了谐振势场中主动步行者的动力学行为。与通常的自推进粒子模型不一致，我们确定了两个动力学状态的粒子凝聚在有限的距离从陷阱中心。在第一种状态下，也发现在其他系统中，粒子指向径向向外的陷阱，而沿方位角方向扩散。在第二种状态下，粒子围绕陷阱的中心执行圆形轨道。我们表明，自对准，采取的形式的扭矩耦合粒子的方向和速度，是负责出现的第二个动力学状态。这两种状态之间的转变是由粒子取向的持久性控制的。在低惯性下，过渡是连续的。对于大惯性的过渡是不连续的，并与间歇动力学共存制度的发展。这两种状态在过阻尼极限或当粒子被弯曲的硬壁限制时仍然存在。
2018-10-31 cond-mat.soft
Inertial effects of self-propelled particles: from active Brownian to active Langevin motion
通过将能量转化为机械运动而自我推进的活性粒子代表了物理学和化学中不断扩展的研究领域。对于在液体中运动的微米级颗粒（“微泳者”），大多数基本特征已经用过阻尼主动布朗运动模型来描述。然而，对于在气体中移动的宏观颗粒或微粒，惯性效应变得相关，使得动力学是欠阻尼的。因此，最近，通过将主动布朗运动模型扩展到包括惯性的主动朗之万动力学，描述了具有惯性的主动粒子。在这篇透视文章中，总结了具有惯性的活性粒子（“微飞体”）的单粒子特性和许多粒子的集体效应的最新发展。其中包括：粒子速度和自推进方向之间的惯性延迟效应、由转动惯量对长时间自扩散的调谐、非惯性系中的虚拟力效应以及惯性对运动诱导相分离的影响。还提出和讨论了未来可能的发展和前景。
2019-10-30 cond-mat.soft
Phases and homogeneous ordered states in alignment-based self-propelled particle models
我们研究了一组模型的自推进粒子，实现集体运动，通过类似的排斥为基础的动力学，考虑版本和不排斥的相互作用，不影响航向。我们探索他们的相空间内的两个无量纲参数（耦合强度和Peclet数）的值的范围很广，其极化和聚类程度的特点。由此产生的相图显示等效的，类似的分布区域的所有模型与排斥。没有排斥的图表现出差异，特别是对于高耦合强度。我们比较了所有地区的边界和代表性国家，确定了以前没有被描述过的各种制度。我们详细分析了三种类型的均匀极化状态，通过计算它们的速度和密度相关性，巨数波动，和本地的顺序密度耦合，将它们与现有的理论和数值结果进行比较。我们发现，他们都偏离以这样或那样的理论预测，这些差异归因于剩余的不均匀性或有限尺寸的影响。我们讨论了我们的结果在每个模型的通用或特定的功能，其热力学极限，以及高混合和低混合制度。我们的研究提供了一个广泛的，总体的角度来看，在基于自推进粒子模型的多个阶段和状态。
2021-04-01 cond-mat.soft
Viscoelasticity and dynamical gaps: rigidity in crystallization and glass-forming liquids
刚性对玻璃形成熔体的松弛性质起着重要作用，但它通常是通过化学组成由平均配位数确定的。讨论粘弹性如何可以用来作为一种替代方法来确定玻璃的刚度，并给出线索的松弛过程。特别是，它示出了致密的玻璃和晶体形成流体的横向电流动力学结构因子包含丰富的信息刚性，可以与横向振动模式的动态间隙的存在。结果表明，软模的数目与动力学间隙的大小和液体弛豫时间有关。由此，可以定义动态平均有效配位数。作为一个例子，在稠密流体相硬盘的数值模拟。最后，讨论了需要改进玻璃粘弹性模型来描述一致的非指数应力和应变松弛。
2019-06-05 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
Self-organization in systems of self-propelled particles
我们研究了一个离散的模型，包括自推进粒子，遵守简单的相互作用规则。我们证明了该模型在一维和二维都可以自组织并表现出相干的局域解.在一维中，自组织解是一个有限范围的局域化群，其中密度在边缘处突然下降到零.在二维中，我们重点讨论了粒子围绕一个共同中心旋转的涡旋解，并证明了这种解可以从随机初始条件得到，即使在没有限制边界的情况下。此外，我们开发了一个连续的版本，我们的离散模型，并证明离散和连续模型之间的协议是优秀的。
2000-06-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Pathways to self-organization: crystallization via nucleation and growth
结晶是一种典型的自组织过程，在此过程中，无序状态自发地转变为以其结构单元的规则排列为特征的晶体，通常通过成核和生长进行。在相变的初始阶段，由于随机涨落，新相的定域核在旧相中形成。这些核中的大多数在短时间后消失，但很少有晶体胚胎可以达到临界尺寸，在此之后进一步的生长变得有利，整个系统被转换成新的阶段。在这些课堂讲稿中，我们将讨论几个理论概念和计算方法来研究结晶。更具体地说，我们将解决罕见事件的问题，在模拟的成核过程中，并解释如何准确地计算成核率。特别注意的是针对讨论统计工具，分析结晶轨迹，并确定过渡机制。
2016-08-04 cond-mat.soft physics.comp-ph
Crystallization in suspensions of hard spheres: A Monte Carlo and Molecular Dynamics simulation study
亚稳熔体的结晶是凝聚态物理中最重要的非平衡现象之一，几十年来，人们一直采用硬球胶体模型系统对这一过程进行实验观察和计算机模拟。然而，模拟数据和实验成核速率密度之间仍然存在无法解释的差异。本文用分子动力学和蒙特卡罗模拟研究了硬球的成核过程。我们表明，结晶过程是介导的低取向键序的前体，我们的模拟数据相当匹配的实验数据集。
2010-10-01 cond-mat.soft 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
Influence of random pinning on the crystallization process in suspensions of hard spheres
我们讨论了晶体形成在过饱和悬浮液中的单分散硬球的浓度随机钉扎在空间和时间。钉扎过程引入了外部长度尺度和外部时间尺度，其限制了可访问的配置数量，并最终限制了导致结晶的路径数量。我们观察到显着下降的成核率密度在特征钉扎浓度，可以直接相关的临界核的结构和动力学的形成在unpinned系统。
2013-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spontaneous membrane formation and self-encapsulation of active rods in an inhomogeneous motility field
我们研究了非均匀运动场中自推进杆的集体动力学。在恒定但不同运动性的两个区域之间的界面处，通过活性杆之间的对齐相互作用自发地产生近晶杆层，使人联想到人造半透膜。这种“活性膜”吞噬局部捕获在低运动性区域中的杆，从而通过自组织进一步提高捕获效率，这种效应我们称之为“自封装”。我们的研究结果是通过计算机模拟的自推进杆模型限制在一个二维平面或球面上的逐步恒定的运动场，但这种现象应该是观察到的任何几何形状具有足够大的空间不均匀性。我们还讨论了可能性，以验证我们的预测的自推进胶体棒和振动颗粒物质的实验中形成的活性膜。
2018-02-02 cond-mat.soft
Crystallization and topology-induced dynamical heterogeneities in soft granular clusters
研究软颗粒团簇在外部流动下的内部结晶与熔化，借助机器学习追踪重排，揭示闭合界面拓扑约束与固—流转变共同造成边缘—核心动力学非均质性。
2024-07-03 cond-mat.soft
Bond disorder enhances the information transfer in polar flock
自推进粒子（SPP）的集合表现出相干运动，并在二维显示出真正的长程序。非均匀性，一般破坏了通常的长程序的极性SPP。我们建立了一个系统的极性自推进粒子与非均匀的相互作用强度或键无序。该系统的研究附近的秩序到无序的转变为不同的强度的障碍。通过调节无序度的大小，相变的性质由不连续型转变为连续型。键的无序也提高了附近的过渡，由于形成一个均匀的羊群状态的大混乱的秩序。它导致系统中更快的信息传递，并提高了系统的信息熵。我们的研究对自推进粒子系统中的内禀不均匀性的影响有了新的认识。
2021-10-06 cond-mat.soft
Collective motion of self-propelled particles interacting without cohesion
我们提出了一个全面的研究Vicsek风格的自推进粒子模型在两个和三个空间维度。集体运动的发病在这样的随机模型，只有局部对齐相互作用的详细研究，并显示是不连续的（一阶）。有序的，集体移动相的性质进行了研究。在一个大的域的参数空间，包括过渡区，定义良好的高密度和高阶传播孤立子结构被证明占主导地位的动态。另一方面，离过渡区足够远的地方，这些物体就不存在了。然后观察到一个平行均匀的有序相，其特征在于非常强的密度波动，超扩散，和强的不对称性。
2007-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Time-dependent inertia of self-propelled particles: the Langevin rocket
许多自行推进的物体大到足以显示出惯性效应，但仍然受到环境波动的影响。相应的基本运动方程由主动Langevin动力学控制，该动力学涉及惯性、摩擦和随机噪声，用于通过沿颗粒取向的自推进耦合的平移和取向自由度。本文将主动Langevin模型推广到含时参数，并详细讨论了非手性和手征粒子的含时惯性效应。对这种情况的认识是多方面的，从燃烧自身质量而自行推进的微型火箭，等离子体中的尘埃颗粒通过蒸发物质而失去质量，到活动即将结束的步行者。在这里，我们提出了几个动态关联函数，如均方位移和取向和速度的自相关函数的解析解。如果参数在时间上表现出慢幂律，则我们得到具有非平凡动力学指数的反常超扩散。最后，我们在传统的齐奥尔科夫斯基火箭方程中加入取向涨落，建立了“朗之万火箭”模型。我们计算的朗之万火箭的平均到达，并讨论不同的质量喷射策略，以最大限度地提高它。我们的结果可以在实验中测试宏观机器人或生活粒子或自推进介观物体在低粘度的介质，如复杂的等离子体。
2021-03-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Crystallization of hard aspherical particles
我们使用数值模拟来研究硬非球面颗粒的单分散系统的结晶。我们发现，颗粒的形状和结晶性可以很容易地相互关联时，颗粒的特点是在两个简单的和实验上可访问的序参量：一个基于颗粒的表面与体积比，和其他的角度分布的扰动远离理想的球形。我们提出了一个相图，通过探索487个不同的颗粒形状在两个顺序参数谱的结晶性。最后，我们考虑了非球面粒子的晶体结构的物理性质，并讨论了我们的结果的局限性和相关性。
2010-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Persistent-random-walk approach to anomalous transport of self-propelled particles
自推进粒子的运动被建模为持续的随机行走。一个分析框架的开发，允许推导出精确的表达式的时间演化的任意时刻的持续走的位移。结果表明，步长和转角分布和自推进的相互作用产生各种迹象的异常扩散在短时间尺度和渐近的扩散系数范围很广的正常扩散行为。研究了从异常短时行为到渐进扩散状态的交叉，并讨论了交叉时间的参数依赖性。计算了位移分布的高阶矩，给出了位移分布的偏度和峰度随时间的演化解析表达式。
2015-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of magnetic self-propelled particles in a harmonic trap
该研究将带磁偶极子的 Hexbugs 构成 MSPP，置于谐振阱中结合实验与模拟分析亚稳态结构，并与过阻尼磁性 ABP 对比，揭示磁偶极作用、粒子形状与活性的主导影响。
2024-03-05 cond-mat.soft
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
The interplay of sedimentation and crystallization in hard-sphere suspensions
我们通过布朗动力学模拟研究了胶体硬球模型中沉降影响下的晶体成核。我们引入了两个作用于胶体流体的外场：一个是均匀的引力场（体积力），另一个是通过钉扎一层平衡粒子而施加的表面场（粗糙壁）。我们发现，晶体成核被抑制在附近的墙壁由于减慢的动力学，这种效果的空间范围是由静态长度尺度的键取向顺序。对于距离壁大于这个长度尺度的距离，成核速率通过沉降过程大大增强，因为它导致在底部附近更高的体积分数或更高的过冷度。成核阶段类似于均质情况，核平均为球形并且具有在空间中随机取向的晶面。相反，生长阶段受到引力场引入的对称性破缺的极大影响，密度梯度导致附着率减慢，这反过来又导致原子核横向生长得更快。我们的研究结果表明，晶体成核的增加，在较高的密度区域可能是硬球的晶体成核率的实验和模拟之间的巨大差异的原因，注意到在以前的实验中的重力效应是不可忽略的。
2013-07-02 cond-mat.soft
Comparison between Smoluchowski and Boltzmann approaches for self-propelled rods
考虑系统的自推进的极性粒子的相互作用（“棒”），我们比较连续方程描述的极性和顺序序参量，来自Smoluchowski或玻尔兹曼方程的演变。我们的主要目标是了解到目前为止，在这两个框架中获得的连续方程之间的差异。我们首先表明，在简单的情况下，点状粒子只有排列相互作用，得到的连续方程在两种情况下具有相同的结构。我们进一步研究，在Smoluchowski框架中，相互作用力被添加在对准扭矩之上的情况。这澄清了在以前的作品中获得的附加条款的起源。我们的观察使我们强调需要一个更复杂的封闭计划比标准的正常形式的分布时，处理积极的系统。
2015-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Work fluctuations of self-propelled particles in the phase separated state
本文研究了在相图中宏观相分离区域内，在时间间隔τ内单个布朗粒子的推进功分布P（W_τ）的大偏差。P（W_τ）具有两个峰和两个独立的非凸分支，这两个峰分别与气相和团簇相的粒子有关。因此，W_τ累积量的母函数具有双奇异性。我们从系统相的特殊动力学角度讨论了这种非凸分支的起源，以及观测时间τ与粒子在两相中的典型持续时间之间的关系。
2020-05-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Activity-induced phase separation and self-assembly in mixtures of active and passive particles
我们通过布朗动力学模拟和理论研究了主动（\textit{i.e.}，自推进）和被动等距布朗粒子的单分散混合物的相行为和动力学。在一个纯粹的主动系统中，运动的活性成分触发相分离成一个稠密和稀相;在稠密相，我们进一步发现主动-被动分离，与“筏”的被动粒子在“海”的活性粒子。我们发现，从最初的无序混合物相分离可以发生少至15%的颗粒是活跃的。最后，我们表明，在一个合适的完全隔离的初始状态下制备的系统可重复地自组装一个主动的“电晕”，通过启动一个压缩波触发结晶的被动核心。我们的研究结果是相关的实验追求定向自组装使用活性粒子。
2015-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mesoscale pattern formation of self-propelled rods with velocity reversal
我们研究了自推进粒子与速度反转相互作用的单轴（单轴）排列内的粗粒度流体动力学理论。结合分析和数值延拓技术，我们表明，这个活跃的系统的物理本质上是由反转频率控制。特别是，我们发现，细长的，高密度的，有序的模式，所谓的带，出现通过亚临界分叉从空间均匀的状态。我们的分析进一步揭示了带的相互作用是弱吸引力的，因此，带融合碰撞在类比非平衡成核过程。此外，我们证明了一个重整化的积极的线张力可以分配给稳定的带低于临界反转率，超过这个临界反转率，他们是横向不稳定的。此外，我们还讨论了带的动力学粗化以及在横向不稳定性阈值附近的非线性动力学。总之，减少多粒子系统的动态带提供了一个框架，以了解的影响，出现在自推进粒子系统的非平衡模式的反转频率。在这方面，我们的研究结果构成了有利于微生物学假设的原理证明，即滑杆形细菌的逆转调节在生命周期阶段观察到的各种自组织模式的发生。
2016-09-06 cond-mat.soft 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
Numerical treatment of the Boltzmann equation for self-propelled particle systems
动力学理论构成了一个最有前途的工具，破译的特点时空动态系统的积极推进粒子。在这种情况下，玻尔兹曼方程起着关键作用，因为它提供了一个自然的翻译之间的粒子级描述系统的动态和相应的流体动力学领域。然而，玻尔兹曼方程复杂的数学结构大大限制了仅仅通过分析手段来全面理解这个方程的进展。在这里，我们提出了一个通用的框架来数值求解玻尔兹曼方程的自推进粒子系统在两个空间维度和任意的边界条件。我们讨论了这种数值框架的潜在应用活性物质系统，并使用该算法给出了一个模型系统的自推进粒子与极性相互作用的详细分析。根据以前的研究，我们发现，空间均匀的各向同性和对称性破缺的状态填充在参数空间中的两个不同的区域，这是由一个狭窄的区域的空间不均匀，密度隔离的移动模式分开。我们发现明确的证据表明，这三个区域在参数空间中连接的一阶相变，和空间均匀的各向同性和极性有序相之间的过渡承担惊人的相似性，在平衡系统中的液-气相变。在密度分离参数制度，我们发现一个新的稳定的极限环的玻尔兹曼方程的解决方案，其中包括平行车道的极性集群在相反的方向上移动，从而使系统的有序状态的整体对称性，尽管纯粹的极性相互作用的水平上的单粒子。
2014-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Surface Crystallization in a Liquid AuSi Alloy
X射线测量揭示了在高于合金的熔点的温度下，在共晶液体Au_{82} Si_{18}的表面处的结晶单层。表面诱导的原子分层，液态金属的标志，也被发现低于结晶单层。然而，分层深度是迄今为止研究的所有液态金属的三倍。表面单层的结晶度是值得注意的，考虑到AuSi在任何浓度和温度下都不会形成稳定的块状结晶相，并且迄今为止在任何纯液体金属或非稀释合金中都没有检测到结晶表面相。这些结果进行了讨论，最近提出的模型的非晶合金。
2006-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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
Anisotropic Isometric Fluctuation Relations in experiment and theory on a self-propelled rod
等距涨落关系（IFR）[P.I. Hurtado等人，PNAS 108，7704（2011）]涉及不同空间方向上固定幅度的电流波动的相对概率。我们测试它的有效性在实验上的锥形杆，呈现能动的垂直振动和沉浸在海洋中的球形珠。我们分析了统计的速度矢量的杆，并表明，他们离开显着的IFR的Hurtado等人。辅助Langevin方程模型，我们表明，我们的测量在很大程度上是由各向异性概括的IFR [R。Villavicencio等人，EPL 105，30009（2014）]，没有拟合参数，但是在前因子中存在差异，其起源可能在于微观噪声的详细统计。实验确定的速度矢量的大偏差函数在平面内的曲线上有一个扭结。
2015-02-16 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
Activated escape of a self-propelled particle from a metastable state
研究了噪声驱动下的活动布朗粒子（ABPs）和翻滚粒子（RTPs）从束缚势中的逃逸。在小噪声极限下，我们给出了逃逸率在任意维变分问题中的精确表达式。对于一维的RTPs，我们得到了一个显式的解决方案，包括第一次领导的修正。在两个维度上，我们解决了RTPs和ABPs从二次井的逃逸问题。与平衡问题相反，我们发现逃逸率明显取决于势垒的完整形状，而不仅仅是它的高度。这导致了许多不寻常的行为。例如，当一个粒子被困在两个势垒之间时，它可能会优先从较高的势垒中逃逸。此外，随着自推进速度的变化，逃生路线可以不连续地从一个障碍切换到另一个障碍，导致动态相变。
2019-06-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Liquid-liquid phase separation precedes crystallization in supercooled water-glycerol solutions
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Saint Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器中心）；Technische Universität Bergakademie Freiberg（弗莱贝格矿业科技大学）；ESRF – The European Synchrotron（欧洲同步辐射装置）
研究过冷水-甘油溶液的结构演化，采用XPCS、USAXS与WAXS结合的方法，发现液-液相分离先于冰结晶发生，相场模拟验证旋节线分解场景，为区分两过程提供了途径。
2026-09-07 cond-mat.soft physics.chem-ph
Collection of polar self-propelled particles with a modified alignment interaction
我们研究了一组极性自推进粒子通过依赖于距离的排列相互作用相互作用的无序到有序的转变。相互作用强度$a^{d}$（$0<a<1$）随粒子对间的度规距离$d$衰减，且相互作用是短程的。在$a = 1.0$中，我们的模型简化为著名的Vicsek模型。对于所有的${\it a}>0$，该系统显示出从无序到有序状态的转变作为噪声强度的函数。我们计算了不同$a$的临界噪声强度$η_c(a)$，并与平均场结果进行了比较。随着$a$的减小，无序到有序转变的性质从不连续连续到连续地变化。我们用数值方法估计了三临界点$a_{TCP}$，在该临界点处，相变的性质从不连续变为连续。密度相分离对于接近1的${\it a}$是大的，并且其随着$a$的减小而衰减。我们也写出了一般${\it a}$的粗粒流体动力学方程，发现当${\it a}$接近$1$时，均匀有序态对小扰动是不稳定的.在均匀有序态的不稳定性是一致的大密度相分离的${\it a}$接近1。
2018-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Density phase separation and order-disorder transition in a collection of polar self-propelled particles
我们研究了一系列极性自推进粒子中的有序-无序转变，这些粒子通过距离相关的短程排列相互作用进行相互作用。引入了一个与距离有关的相互作用参数$a_0$，使得当$a_0$减小时，相互作用随距离$a_0$衰减得更快，并且对于$a_0=1.0$模型，它退化为Vicsek型.对于所有的$a_0>0.0$，系统表现出从无序到长程有序的转变。随着$a_0$的减小，我们发现了另一个从相分离态到非相分离态的相变：同时有序-无序相变从不连续型转变为连续型。因此，密度相分离在预测有序-无序转变的性质中起着重要的作用。我们还计算了两点的密度结构因子，使用粗粒度的流体动力学方程的运动与密度相关的对齐项中引入的托纳和涂\cite{tonertu}的方程。密度结构因子在临界波矢$q_c$处表现出发散性，该发散性随密度相关排列项的减小而减小。粗粒度方程中的对齐项与微观模拟中的距离相关参数$a_0$起着相同的作用。我们的研究结果可以在许多生物系统中进行测试：在这些系统中，粒子倾向于与它们最近的邻居发生强烈的相互作用。
2016-12-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Ornstein-Uhlenbeck model for self-propelled particles with inertia
自推进粒子将能量转化为机械运动，如果它们具有宏观尺寸或在气体介质内移动，则表现出惯性，与浸没在粘性流体中的微米尺寸的过阻尼粒子相反。在这里，我们研究的主动Ornstein-Uhlenbeck模型，其中自推进描述的有色噪声，访问这些惯性效应的扩展。我们总结和讨论的粒子的均方位移和速度自相关函数的几个设置范围从一个自由粒子的各种外部影响，如线性或谐波电位和耦合到另一个粒子通过谐波弹簧的解析解。考虑到粒子的初始速度在非平稳设置中的特殊作用，我们观察到所有的动力学指数在0和4之间。在典型的惯性时间之后，由粒子的质量确定，结果固有地恢复到过阻尼粒子的行为，除了谐波限制系统，其中总位移由惯性增强。我们进一步考虑一个欠阻尼模型的活性粒子与时间相关的质量，这严重影响的位移在中间的时间制度。最引人注目的是，对于足够大的质量积累率，粒子的运动完全由惯性效应控制，因为它始终保持超扩散。
2021-08-31 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
Visualizing kinetic pathways of homogeneous nucleation in colloidal crystallization
当系统经历从液相到固相的转变时，它在达到最终状态之前通过多个中间结构。然而，我们对这一过程的确切途径的了解是有限的，主要是由于难以实现直接观察。在这里，我们实验研究的对称性和密度的各种胶体系统在液体到固体的相变的演变，并可视化动力学途径与单粒子分辨率。我们观察到形成的相对有序的前体结构具有不同的对称性，然后转换成亚稳固体。在这个转换过程中，两个主要的交叉对称路径总是发生，无论最终状态和相互作用势。此外，我们发现了一个广泛的解耦的密度变化和对称性的发展，并发现，成核很少从致密区域开始。这些发现适用于我们所有的样品，表明有可能找到一个统一的图片在胶体系统中的复杂的结晶动力学。
2014-12-18 cond-mat.mtrl-sci 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
Crystallization of Lennard-Jones nanodroplets: from near melting to deeply supercooled
我们进行了分子动力学（MD）和蒙特卡罗（MC）模拟，以表征在很宽的温度范围内的600 Lennard-Jones粒子的液体团簇的成核。我们使用的平均首次通过时间的形式主义，以确定的速率，并发现经典成核理论（CNT）预测的速率相当不错，即使采用简单的建模的微晶形状，化学势，表面张力和颗粒附着率，下降到液滴失去亚稳性和结晶的温度进行通过生长限制成核在不平衡的液体。低于该交叉温度，当MC模拟用于直接计算CNT所需的量时，仍然预测成核速率。从MD和MC获得的临界胚胎大小的差异出现时，孪生结构与五重对称性提供了一个竞争的自由能途径的临界区域。我们发现，结晶开始于hcp-fcc堆叠的前临界核，当这些胚成为临界时，发生向各种末端结构的分化。我们确认，使用系统中最大的胚胎作为反应坐标是有用的，在确定生长限制成核的发病，并表明它给出了相同的自由能垒作为完整的集群大小分布，一旦确定了适当的参考状态。我们发现，批量熔化温度控制的速率，即使液滴的固-液共存温度是显着较低。的表面张力，使CNT和直接速率测定之间的密切协议的值显着低于预期的散装系统。
2015-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Spatiotemporal characterization of emergent behavior of self-propelled oil droplet
本研究通过实验和数值方法分析了水表面活性剂溶液中油滴的类生命自发运动行为，利用数据驱动的非参数动力系统分析揭示了其低维和非线性特征，并证明二维 Langevin 方程能有效重现实验观察结果，为弥合非生命与生命行为之间的差距提供了模型途径。
2024-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Scale-Free Crystallization of two-dimensional Complex Plasmas: Domain Analysis using Minkowski Tensors
为了严格检验最近发展起来的无标度相变理论，对二维复杂等离子体中的再结晶过程进行了实验分析。分形畴结构（FDS）理论是基于Frenkel的动力学理论。它假设形成均匀的域，分离的缺陷线，在结晶和域面积和边界长度之间的分形关系。对于缺陷数分数和系统能量的无标度幂律关系的预测。键级关联函数的长程标度行为清楚地表明，复杂等离子体相变不是KTHNY型的。通过计算位错的数量和应用键序度量结构分析所获得的先前的初步结果被复制。这些发现通过扩展使用键级度量来测量缺陷数分数并进一步应用最先进的分析方法来补充，从而以前所未有的审查对FDS理论进行系统测试：通过Minkowski张量方法进行晶格结构的形态分析。闵可夫斯基张量形成了一个完整的家庭的添加剂，运动协变和连续形态的措施，是敏感的非线性特性。FDS理论得到了严格的证实，并且该理论的预测得到了很好的再现。预测的无标度的幂律缺陷分数的数量和系统能量之间的关系进行了验证，在高能量的一个数量级相比，固有的不连续键序度量。Minkowski张量分析是研究结晶过程的有力工具。它是能够揭示非线性局部拓扑性质，然而，仍然提供了一个坚实的数学框架上建立的易于解释的结果。
2018-04-23 cond-mat.soft physics.data-an
Synchronization in dynamical networks of locally coupled self-propelled oscillators
移动物理实体与其邻居交换信息的系统可以在许多不同的情况下找到。他们的紧急合作行为的理解已成为跨学科的一个重要问题，需要一个总体的概念框架，以收获这些系统的潜力。我们研究了时间演化网络中耦合振子的同步问题，该网络是由自推进代理在真实空间中相互作用的位置所定义的。为了了解一般的理由在同步过程中的流动性的影响，我们介绍了一个简单的模型，自走式硬盘执行持久的随机游走在2 $d$空间和内部仓本相位振荡器。对于非相互作用的粒子，自推进加速同步。代理移动性和排除量之间的相互作用的竞争产生了一个更丰富的情况下，导致最佳的自我推进速度。我们确定了两个极端的动态制度，同步可以理解从理论上考虑。我们的模型进行了系统的分析，量化了偏离后者的理想情况，并描述了导致系统演变的不同机制。我们发现，本地耦合移动振子的同步一般收益通过粗化验证动态缩放和共享强相似性的相位排序动力学的2 $d$ XY模型以下淬火。我们的研究结果揭示了通用的机制，导致移动代理的同步，提供了一种有效的方法来了解更复杂或具体的情况下，涉及时间依赖性网络的同步，移动性和排除量在发挥作用。
2016-08-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.AO
Thermal Transport Dynamics in Active Heat Transfer Fluids (AHTF)
本文通过分子动力学模拟证明，自驱动纳米颗粒凭借增强的扩散与对流混合，可使纳米流体有效热导率提升数个百分点，为主动传热流体冷却应用提供概念验证。
2021-02-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
First normal stress difference and crystallization in a dense sheared granular fluid
采用事件驱动模拟方法研究了光滑非弹性硬盘中稠密剪切颗粒流体的第一法向应力差（${\mathcal N}_1$）和微观结构。虽然各向异性的波动速度的二阶矩，这是一个Burnett顺序的效果，是已知的祖正常应力差异{ \it稀}颗粒状流体，我们在这里表明，碰撞各向异性是负责正常应力行为的{ \it密集}限制。如同在弹性硬球流体中一样，对于稀流和中等密度流，${\mathcal N}_1$保持{ \it正}（如果在{ \it压缩}意义上定义应力），但在临界密度以上变为{ \it负}，这取决于恢复系数。由于颗粒的{ \it微观结构}重组而发生${\mathcal N}_1$的这种符号反转，这可以与在与剪切相反的方向上的{ \it平均}碰撞角$θ_{av}=π/4 \pm π/2$的优选值相关。我们还报告了剪切诱导{ \it晶体}的形成，信号开始在致密的颗粒流体中的流体-固体共存。不同的方法来考虑正常的应力差异进行了讨论的松弛型流变模型的框架。
2003-06-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
