Microscopic theory for the diffusion of an active particle in a crowded environment
我们计算的扩散系数的活性示踪剂在一个示意性拥挤的环境中，表示为一个格子气的被动粒子与硬核相互作用。从问题的主方程出发，我们提出了一个超越平凡平均场的封闭近似，并给出了系统中任意密度拥挤者的扩散系数。我们表明，我们的近似是准确的参数范围很广，它正确地捕捉到许多非平衡效应，这是在系统中的活动的签名。除了示踪剂的扩散系数的测定，我们的方法使我们能够表征由活性示踪剂的位移引起的环境扰动。最后，我们考虑低密度和高密度的渐近制度，其中示踪剂的扩散系数的表达变得明确，我们认为是准确的。
2021-12-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tracer diffusion in crowded narrow channels. Topical review
我们总结了不同的结果示踪粒子在晶格气体的硬核粒子的随机动力学，这是局限于狭窄的通道-单文件，梳状结构和准一维通道的宽度等于几个粒子直径的扩散。我们表明，在这样的几何形状一个令人惊讶的丰富，有时甚至违反直觉，行为出现，这是不存在的无界系统。我们还提出了一个调查的示踪剂粒子扩散在无界系统中，这将允许读者有一个详尽的广泛的图片在拥挤的环境中的示踪剂扩散获得的不同结果。
2018-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.PR
Diffusion of tagged particles in a crowded medium
在平均场模型的框架下研究了拥挤效应对稠密介质中标记粒子扩散的影响，该模型是在连续极限下从一个具有排斥的微观随机过程导出的.标记粒子的概率分布函数服从非线性Fokker-Planck方程，其中漂移和扩散项由介质中拥挤物的浓度自洽地确定。观察到瞬态亚扩散或超扩散行为，这取决于所选择的初始条件，桥梁正常的扩散制度，其特征在于不同的扩散系数。这些反常的交叉起源于空间的微观竞争，反映了福克-普朗克方程中非齐次平流项的特殊形式。我们的研究结果强烈警告过度简单化的拥挤与异常运输的识别{ \em tout court}。
2014-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-universal tracer diffusion in crowded media of non-inert obstacles
我们研究了示踪粒子的扩散，它在连续空间中移动之间的晶格排除体积，不动的非惰性障碍物。特别是，我们分析了示踪剂-障碍物相互作用的强度和拥挤的体积占用率如何改变示踪剂的扩散运动。从细节的示踪剂扩散模式之间的捕获状态绑定到障碍物和散装扩散的分区，我们研究的示踪剂在拥挤的晶格中的本地化程度。我们研究了示踪剂扩散的性质，在合奏和时间平均均方位移，捕获时间分布，时间平均均方位移的幅度变化，和扩散示踪剂的非高斯参数。我们得出结论，示踪剂障碍物的吸附和绑定触发瞬态异常扩散。从一个非常狭窄的传播记录个人的时间平均轨迹，我们排除连续型随机游走过程作为基础的物理模型的示踪剂扩散在我们的系统。对于中等示踪剂拥挤的吸引力的运动被发现是完全遍历的，而在更强的吸引力强度的合奏和时间平均均方位移之间的瞬态差距发生。我们还把我们的研究结果的角度来看，从实验的单粒子跟踪和模拟的标记示踪剂在密集拥挤的悬浮液中的扩散的结果。我们的研究结果对在活细胞和其他结构液体内高度拥挤的环境中化学成分的扩散，运输和传播具有影响。
2014-12-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Softness and Hydrodynamic Interactions Regulate Lipoprotein Transport in Crowded Yolk Environments
本研究利用兆赫兹X射线光子相关光谱法揭示了低密度脂蛋白在拥挤蛋黄环境中因流体动力学相互作用和粒子柔软度导致扩散显著减慢，但维持液体状态以支持胚胎发育。
2025-05-28 cond-mat.soft
Flexibility Controls Active-Filament Transport in Crowded Landscapes
Institute for Theoretical Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学理论物理研究所）
通过布朗动力学模拟，研究活性聚合物在有序和无序障碍物阵列中的输运，发现柔性在中等时优化无序环境中的扩散，而半柔性细丝在密集有序阵列中因定向运动增强迁移率，并识别出三种输运机制。
2026-06-24 cond-mat.soft
Diffusion in crowded colloids of particles cyclically changing their shapes
提出并分析了一个简单的由哑铃形颗粒组成的活性胶体模型，该模型周期性地改变它们的长度而不推进它们自己。在纳米尺度上，它代表了细菌细胞质或具有活性蛋白质内含物的生物膜的理想化。我们的数值模拟表明，粒子的非平衡构象活动可以强烈地影响扩散和结构松弛：而被动胶体的行为像一个玻璃，它得到逐步流化时的活动是turnon.Qualitands，这同意在细菌和酵母细胞中观察到的代谢诱导的细胞质流化的探针粒子的光学跟踪的实验结果。
2020-01-25 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Review: Dynamics of Crowded Macromolecules/Interacting Brownian Particles
我回顾理论处理扩散拥挤（i.~例如，非稀释的）球状大分子的溶液。重点是经典的统计力学文献，其中大部分可以追溯到1990年之前。类的理论模型包括连续处理，关联函数的描述，广义朗之万方程的描述，Smoluchowski和Mori-Zwanzig的描述，以及一个简短的，但令人鼓舞的比较与实验结果。主要重点是准弹性光散射光谱测量，我还讨论了荧光光漂白恢复，荧光相关光谱，脉冲梯度自旋回波核磁共振，光栅图像相关光谱的结果。最后，我列出了一系列关于一般主题的理论论文。
2015-08-29 cond-mat.soft
Effective diffusivity of microswimmers in a crowded environment
本文以莱茵衣藻（ChlamyeliumReinhardtii，CR）为模型系统，研究了复杂环境对微生物游动的影响。它的运动可以模拟的运行和翻滚机制，使它描述了一个持久的随机行走，从中我们可以提取一个有效的扩散系数的大时间动态。在我们的实验中，复杂的介质包括一系列的支柱，设计在一个规则的晶格使用软光刻微细加工。然后将细胞引入晶格中，并跟踪和分析它们在柱内的轨迹。通过测量相关的统计观测量，分析了复杂介质对微型游泳者游泳行为的影响。特别是，方向的平均相关时间和有效扩散系数被证明是减少时，增加柱的密度。这为认识复杂环境中的活性物质提供了一些基础。
2018-11-20 cond-mat.soft
Accessible pore geometry governs tracer diffusion in crowded environments
Yale University（耶鲁大学）；UCSB（加州大学圣塔芭芭拉分校）
通过实验和模拟发现，示踪剂在拥挤环境中的扩散主要由可及孔隙尺寸决定，并利用并行部分高斯过程模型快速预测均方位移。
2026-06-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Characterizing anomalous diffusion in crowded polymer solutions and gels over five decades in time with variable-lengthscale fluorescence correlation spectroscopy
大分子在细胞和复杂流体中的扩散常常被发现偏离简单的Fickian扩散。对这种行为的一种解释是分子拥挤使扩散异常，其中颗粒的均方位移按$\langle r^2 \rangle \propto t^α$与$α< 1$的比例缩放。不幸的是，方法，如荧光相关光谱（FCS）或荧光恢复后光漂白（FRAP）探针扩散仅在一个狭窄的范围内的长度尺度，不能直接测试的均方位移（MSD）对时间的依赖性。在这里，我们表明，可变长度尺度FCS（VLS-FCS），其中的体积的观察是不同的几个数量级，结合数值反演程序的相关数据，允许检索MSD长达五十年的时间，桥接扩散实验之间的差距在不同的长度尺度。此外，我们表明，VLS-FCS提供了一种方法来评估是否与扩散相关的传播是高斯或非高斯。我们使用VLS-FCS调查两个系统中的异常扩散已被报道。在致密交联琼脂糖凝胶的情况下，测量的MSD证实，小珠的扩散在短的长度尺度下是异常的，在$\approx 1~μ$ m附近交叉到简单扩散，与笼状扩散过程一致。另一方面，对于挤满了边缘纠缠的葡聚糖分子的解决方案，我们发现了一个明显的差异之间的MSD，发现是线性的，和传播在短的长度尺度，发现是非高斯。这些相互矛盾的特征让人想起在几个生物系统中观察到的“反常的，但布朗”扩散，以及最近提出的“扩散扩散率”模型。
2016-03-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Diffusion of two molecular species in a crowded environment: theory and experiments
在微分方程的框架中研究了双组分流体的扩散，但是这些方程是从定义明确的微观模型系统地导出的。该模型有一个有限的承载能力强加于它在介观层面上，这被证明是导致非线性交叉扩散项，修改传统的Fickean图片。在回顾了模型的推导过程之后，描述了为测试模型而进行的实验。它可以充分解释两个致密的墨滴在充满水的容器中同时演化的动力学。实验表明，分子拥挤的结果在形成一个动态的障碍，防止液滴的混合。该模型成功地捕捉到了这一现象。这表明，所提出的模型可以被看作是一个推广的标准扩散到多物种的设置，其中考虑到拥挤和空间干扰。
2012-04-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anomalous, non-Gaussian tracer diffusion in heterogeneously crowded environments
当前研究的一个主题是研究生物细胞的高度拥挤环境如何影响被动扩散颗粒的动力学特性。最近的实验的动机，我们报告的结果，广泛的模拟有限大小的示踪粒子在一个异质拥挤的环境中的运动。对于给定的空间分布的单分散人群，我们演示了如何在这个模型系统中出现异常扩散与强非高斯特征。我们调查两个生物相关的情况下释放的颗粒在表面的内部域（核），或在外部边界（细胞膜），表现出明显不同的行为所观察到的异常扩散异质拥挤分布。具体来说，我们揭示了一个非常不对称的蔓延的示踪剂，即使在中等拥挤分数。除了标准的均方位移和局部扩散指数的示踪粒子，我们调查的幅度和振幅分散的时间平均均方位移的个人轨迹，非高斯参数，和van Hove关联函数的粒子位移。我们还量化了平均示踪剂扩散率如何随着拥挤物径向分布不均匀的区域中的位置而变化，并检查了示踪剂的生存概率和首次通过事件的动态行为。最后，我们讨论了我们的研究结果的相关性，在生物细胞中的单粒子跟踪测量。
2015-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Investigation of tracer diffusion in crowded cylindrical channel
基于粗粒化模型，我们进行了分子动力学模拟，以分析一个小的示踪剂颗粒内的圆柱形通道，其内壁覆盖着随机接枝短聚合物链的扩散。我们观察到一个有趣的瞬态亚扩散行为沿圆柱轴在高吸引力之间的示踪剂和链，然而，长时间的扩散总是正常的。这个过程被发现是增强的情况下，我们的接枝链，即亚扩散行为设置在较早的时间，并跨越一个较长的时间段，然后才成为扩散。即使接枝链被替换为背景中的排斥性的、非连接的粒子的冰冻海洋，也可以观察到瞬态亚扩散。中间subdiffusive行为只消失时，接枝链被替换为一个移动的背景海相互排斥的粒子。总的来说，示踪剂沿圆柱轴向的长时间扩散系数随体系体积分数的增加、示踪剂与背景之间的吸引力的增加以及背景冻结的增加而减小。我们相信，这里提出的简单模型可能是有用的核孔复合物内的大分子扩散过程的定性理解。
2012-07-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Influence of Solvent Quality on Conformations of Crowded Polymers
聚合物在受限环境中的结构和功能，例如，细胞质中的生物聚合物受到大分子拥挤的强烈影响。为了探索拥挤的聚合物的构象的溶剂质量的影响，我们模型的聚合物作为可穿透的椭球体，其形状的波动是由自避免行走的统计，适合于在良好的溶剂中的聚合物。在这个粗粒度的模型，我们进行蒙特卡罗模拟的混合物的聚合物和硬纳米球拥挤，包括试验的变化聚合物的大小和形状。通过聚合物场论预测的自由能成本，通过拥挤的聚合物的渗透被纳入。为了分析拥挤对聚合物构象在不同溶剂中的影响，我们计算平均聚合物形状分布，回转半径，体积和非球面度的聚合物-拥挤的尺寸比和拥挤的体积分数的范围内。模拟结果准确预测的自由体积理论的聚合物拥挤。在良好的和θ溶剂的聚合物的结果比较表明，聚合物链段之间的排斥体积的相互作用显着影响拥挤，特别是在拥挤的限制远小于聚合物。我们的方法可能有助于激励未来的实验研究的聚合物在拥挤的环境中，与药物输送和基因治疗可能的相关性。
2018-09-21 cond-mat.soft
Coherent X-rays reveal anomalous molecular diffusion and cage effects in crowded protein solutions
利用MHz-XPCS研究铁蛋白在拥挤环境中的异常扩散及笼效应，通过δγ理论建模揭示蛋白质在细胞质中的复杂运动机制。
2025-12-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effects of soft interactions and bound mobility on diffusion in crowded environments: a model of sticky and slippery obstacles
拥挤的环境改变了大分子的扩散，通常减慢了它们的运动，并诱导瞬时异常亚扩散。障碍物的存在也改变了示踪剂的动力学和平衡行为。虽然以前的粒子扩散的理论研究通常假设不可穿透的障碍物或约束力的相互作用，包围粒子，在许多细胞的情况下，绑定粒子保持移动。实例包括膜蛋白或脂质，其在脂质结构域内具有一些进入和扩散，以及可以进入无膜细胞器或隔室（如核仁）的蛋白质。使用一个格子模型，我们研究了示踪剂粒子的扩散运动绑定到软障碍物，允许示踪剂和障碍物占据相同的晶格网站。对于粘性障碍物，绑定示踪剂粒子是不动的，而对于光滑的障碍物，绑定示踪剂可以跳跃而不惩罚相邻的障碍物。在这两种模型中，绑定显着改变示踪剂的运动。绑定时的运动的类型和程度是示踪剂流动性的关键决定因素：光滑的障碍物可以允许几乎不受阻碍的扩散，即使在高障碍物填充分数。为了模拟细胞中的区室化，我们研究了障碍物的大小和一系列的束缚扩散系数如何影响示踪剂的动力学。模型的行为在二维和三维空间中是相似的。我们的工作对细胞内的蛋白质运动和相互作用有影响。
2017-05-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Anomalous transport in the crowded world of biological cells
细胞生物学中普遍存在的现象是大分子和细胞器的扩散是反常的，简单地基于传统的扩散方程和在稀溶液中测量的扩散常数的描述是失败的。这通常归因于细胞内部和细胞膜中的大分子拥挤，概括了它们的密集堆积和异质结构。最常见的现象是MSD的幂律增长，但也有其他表现形式，如强烈减少和时间依赖的扩散系数，持久的相关性，非高斯分布的位移，非均匀扩散，和不动的粒子。经过一般性的介绍缓慢，异常传输的统计描述，我们总结了一些广泛使用的理论模型：高斯模型，如FBM和Langevin方程的粘弹性介质，CTRW模型，和洛伦兹模型描述阻塞运输在一个非均匀的环境。重点放在时空性质的运输方面的2点关联函数，动态缩放行为，以及如何区分模型的传播，即使是相同的MSD。然后，我们回顾了在存在异常输运的情况下常见的实验技术的理论基础：单粒子跟踪，FCS和FRAP。我们报告了大量的最近的实验证据异常运输拥挤的生物介质：在细胞质和核质以及在细胞膜，在体外实验中，模型系统模拟生理拥挤条件的补充。最后，计算机模拟在测试理论模型和证实实验结果方面发挥了重要作用。该审查是完成了一个综合的理论和实验进展，确定开放的问题，为今后的调查。
2013-01-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Unexpected swelling of stiff DNA in a polydisperse crowded environment
我们研究的构象的DNA样的刚性链，其特征在于轮廓长度（$L$）和持久性长度（$l_p$），在各种拥挤的环境中含有单分散的软球（SS）和spherocylinocyanate（SC）颗粒，SS和SC的混合物，和模仿$E. coli.$细胞质中的蛋白质的组合物的环境。刚性链，其大小适度增加，在SS crowders高达$ϕ\approx 0.1$，是相当紧凑的低体积分数（$ϕ\leq 0.2$）在单分散SC颗粒比在含有SS颗粒的介质。在相同的$ϕ$下，SS和SC拥挤剂的1：1混合物比纯SS或SC拥挤剂诱导更大的链压缩，其效果是高度非加和的。我们还发现了一个违反直觉的结果，即多分散拥挤环境，模仿细胞裂解物的组成，溶胀DNA样聚合物，这与相同环境中柔性聚合物的尺寸减小形成鲜明对比。捕获的刚性链在一个波动的管状环境中所创造的大型拥挤解释了急剧增加的大小和持久性长度的刚性链。在模拟细胞环境的多分散介质中，通过$L/l_p$测定DNA（或相关RNA）的大小。在低的$L/l_p$下，聚合物的尺寸不受影响，而在中等值的$L/l_p$下，聚合物的尺寸急剧膨胀。我们使用这些结果来提供见解最近的实验拥挤效应的RNA，也使可检验的预测。
2015-08-13 cond-mat.soft q-bio.BM
Emergence of Directed Motion in a Crowded Suspension of Overdamped Particles
本文通过数值模拟研究被动布朗粒子在高扩散、短程排斥粒子悬浮液中的运动，揭示中间时间尺度定向运动的涌现机制及其导致的 Einstein 关系失效与扩散率非单调增长。
2023-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Crowding-Enhanced Diffusion: An Exact Theory for Highly Entangled Self-Propelled Stiff Filaments
我们研究了一个强烈的相互作用拥挤的系统的自推进刚性细丝事件驱动的布朗动力学模拟和分析理论，以阐明拥挤和自推进的复杂相互作用。我们发现一个显着增加的有效扩散系数后，增加的细丝数密度超过一个数量级。这种反直觉的“拥挤更快”的行为可以通过扩展Doi和Edwards开创的用于高度纠缠的拥挤、被动到主动系统的限制管的概念来合理化。我们预测的有效扩散系数的Péclet数和细丝数密度的函数的标度理论。随后，我们证明了一个精确的表达式推导出一个单一的自推进丝与运动参数作为输入可以预测的非平凡的时空动态在整个范围内的长度和时间尺度。特别是，我们的理论捕捉短时间的扩散，定向游泳运动在中间的时间，并在长时间的过渡到完整的取向松弛。
2022-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Migration of active particle in mixtures of rigid and flexible rings
本研究数值探究单个活性粒子在刚性与柔性环混合介质中的动力学，发现扩散系数与刚柔环比例呈非单调依赖，确定增强扩散的最优组成，建立粒子活性与最优比例的普适关系，为相关生物与技术应用提供理论参考。
2024-12-03 cond-mat.soft
Steady Microfluidic Measurements of Mutual Diffusion Coefficients of Liquid Binary Mixtures
我们提出了一种微流控方法，导致在一个单一的实验中的整个溶质浓度范围内的液体二元混合物的互扩散系数的准确测量。该方法充分利用溶剂渗透蒸发通过聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）膜，以获得稳定的浓度梯度内的微流体通道。我们的方法适用于不能渗透通过PDMS的溶质，并且需要在整个浓度范围内的活性和密度作为输入参数。我们通过测量水（1）$+$甘油（2）混合物的互扩散系数，使用拉曼共聚焦光谱测量浓度梯度和使用粒子跟踪测速仪测量渗透蒸发诱导流动来证明我们方法的准确性。
2017-09-20 cond-mat.soft
Theory of polymer diffusion in polymer-nanoparticle mixtures: effect of nanoparticle concentration and polymer length
聚合物-纳米粒子混合物的动力学涉及多尺度和系统特定变量，对其理论描述提出了长期的挑战。本文基于广义朗之万方程、模式耦合方法和高分子物理思想，建立了一个高分子在混合物中扩散的微观理论。无参数理论有一个明确的表达，并保持对相关水平上与系统特定的平衡结构作为输入易于处理。以一个最小的聚合物-NP混合物为例，我们的理论正确地捕捉到NP浓度和平均粒子间距离的聚合物扩散的依赖性。重要的是，随着聚合物长度在密集NP和/或长链处增加，聚合物扩散表现出幂律衰减，这标志着缠结状运动的出现。该工作为研究不同聚合物纳米复合材料中的动力学问题提供了第一性原理理论基础。
2021-06-14 cond-mat.soft
Tracer diffusion of hard-sphere binary mixtures under nano-confinement
近年来，纳米和微米通道中的扩散现象引起了人们的广泛关注，因为它与许多技术、医学和工业应用密切相关。在本文中，我们采用动力学的方法来研究如何限制在纳米结构的几何形状影响流体混合物的扩散性能，并导致外观的属性不同于散装系统。特别是，我们推导出一个表达式的摩擦张量的情况下，大量的流体混合物局限于一个狭窄的狭缝具有起伏的墙壁。边界粗糙度导致横向扩散的新机制，并且甚至可以导致沿着通道的有效扩散大于对应于等效截面的平面通道的扩散。最后，我们讨论了减少以前的方程到一个一维的有效扩散方程中的熵项封装的几何信息的通道形状。
2015-09-29 cond-mat.soft
Scaling behavior of the self diffusion coefficients: dependence on the mass ratio of a binary mixture
我们计算了混合物中$s=1,2$的自扩散系数$D_S$，并证明了具有非普适指数$a$的一般标度关系$D_2{\sim}D_1^a$成立.广义扩散系数，依赖于混合物的组成颗粒的质量比$κ=m_2/m_1$，使用适当的自洽模式耦合理论（MCT）的制定计算。本模型的稠密混合物包括非局部和非线性效应的绝热近似的快速衰减的动量波动相比，密度波动。研究了MCT特征遍历-非遍历（ENE）跃迁附近的慢动力学对$κ$的依赖性，得到了$D_1$相对于$D_2$的重入行为，与模拟结果一致.
2018-03-30 cond-mat.soft
Finite-size effects in the diffusion dynamics of a glass-forming binary mixture with large size ratio
采用分子动力学（MD）方法对等摩尔大尺寸比AB混合物进行了模拟。虽然大的A粒子显示出模式耦合理论$ρ_c$的临界密度附近的玻璃化转变，小的B粒子保持移动与相对较弱的降低其自扩散系数$D_{\rm B}$随着密度的增加。令人惊讶的是，在$ρ_c$周围，A粒子的自扩散系数$D_{\rm A}$也开始遵循相当弱的密度依赖性。我们表明，这是由于有限尺寸的影响，可以理解的集体相互扩散动力学的分析。
2022-02-24 cond-mat.soft
Stratification of polymer mixtures in drying droplets: hydrodynamics and diffusion
我们研究了蒸发诱导的分层的短和长的聚合物链的混合物在干燥液滴使用分子模拟。我们系统地研究这个过程中的流体动力学相互作用（HI）的影响，通过比较混合动力学模拟会计HI之间的聚合物通过多粒子碰撞动力学技术与自由排水Langevin动力学模拟忽略相同。我们发现，干燥的超微粒的形态是均匀的，当HI包括在内，但分层的核-壳结构（与短聚合物形成的壳）时，HI被忽略。模拟方法明确地将这种差异归因于两种模型中溶剂的处理。我们合理化的存在（或不存在）的分层通过测量现象学的多组分扩散系数的聚合物混合物。的扩散系数显示的重要性，不仅溶剂回流，但也HI之间的聚合物在控制干燥的超微粒形态。
2020-07-16 cond-mat.soft
Sheared phase-separating binary mixtures with surface diffusion
对具有序参量相关迁移率的二元混合物在剪切流场中的相分离过程进行了数值研究。有序的特点是由一个交替的拉伸和爆裂的领域，产生振荡的物理观测。这种调制的幅度减少时，在体相中的迁移率消失的时间，不利于来自爆裂域的气泡的生长。我们提出了两个方程的典型尺寸$R_x$和$R_y$的域找到长时间的行为$R_x \sim t^{5/4}$和$R_y \sim t^{1/4}$在流动和剪切方向，分别在表面扩散的情况下。在模拟中观察到随着剪切速率的增加，过量粘度降低。
2021-12-11 cond-mat.soft
Structure and diffusion of active-passive binary mixtures in a single-file
我们数值研究的结构和动力学的单个文件组成的活性粒子，以及，主动-被动的二元混合物。模拟结果表明，当自推进粒子的持续长度远大于粒子间的平均间距，自推进速度大于热速度时，粒子以不同大小的团簇形式存在于粒子堆中.平均集群的大小和结构的文件是非常敏感的自推进性能，热波动和混合物的组成。除了文件组成的变化，我们的研究考虑了两种混合配置。一个对应于在单个文件中的整个混合物中主动被动的均匀分布。在另一种配置中，活动粒子位于文件的一侧。对于这两种配置，即使是一小部分的活性粒子也会对文件的结构和动力学产生很大的影响。
2023-03-14 cond-mat.soft
Depletion-Induced Interactions Modulate Nanoscale Protein Diffusion in Polymeric Crowder Solutions
本研究利用MHz-XPCS实验，发现聚合物拥挤剂通过耗尽相互作用诱导中程有序，调节铁蛋白扩散，并揭示以2c*为交叉的标度行为，强调需考虑聚合物特异性相互作用。
2025-09-09 cond-mat.soft
On the temperature, pressure and composition effects in the properties of water-methanol mixtures. I. Density, excess mixing volume and enthalpy, and self-diffusion coefficients from molecular dynamics simulations
本研究通过分子动力学模拟，系统考察了温度、压力和组成对水-甲醇混合物密度、过量体积、焓及自扩散系数的影响，并评估了UAM-I-EW模型与TIP4P/ε水模型的预测能力，为混合物性质建模提供了新见解。
2025-03-29 cond-mat.soft
Segregation in granular binary mixtures: Thermal diffusion
最近的解决方案的非弹性玻尔兹曼方程，适用于强耗散，并考虑到非均分的能量是用来推导出一个明确的表达式的热扩散因子。这个参数提供了一个标准的偏析，涉及所有参数的粒状二元混合物（组成，质量，尺寸和恢复系数）。目前的工作与最近的实验结果是一致的，并扩展了以前的结果在入侵者极限的情况下。
2006-06-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion in multicomponent granular mixtures
本研究推导了均匀冷却态下多分散颗粒气体中颗粒的均方位移，涵盖不同尺寸与质量组分，并探讨了恒定与随时间变化的恢复系数模型，得出陡峭尺寸分布下MSD尺寸依赖性的普适定律。
2024-02-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spinodal decomposition in polymer mixtures via surface diffusion
我们给出了明胶和右旋糖酐聚合物混合物中旋节分解的实验结果。在扩展的时间范围内，发现畴增长规律与t^1/4增长一致。从聚合物混合物的晶格模拟获得类似的结果。这种缓慢的生长是由于聚合物的体积迁移率受到抑制而引起的。在这种情况下，调幅分解是由材料沿畴界面的扩散输运驱动的，这产生了t^1/4增长定律。
2006-01-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Crowding competes with trapping to enhance interfacial diffusion
在生物膜或材料界面的拥挤环境中的扩散通常涉及与表面蛋白质或缺陷的间歇性结合。为了解释这种情况，我们研究了一个2维格子气在一个领域的固定陷阱。利用动力学蒙特卡罗模拟，我们计算了在长时间限制的有效扩散系数作为陷阱和粒子密度的函数。我们发现一个显着的结果-增加的扩散系数与颗粒密度，我们硬币作为拥挤增强扩散的效果。我们合理化这一结果使用缩放参数和主方程的方法。
2021-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Enhanced diffusion of tracer particles in nonreciprocal mixtures
本研究通过数值模拟和两种解析方法，发现非互易相互作用可显著增强二元混合物中示踪粒子的扩散，该增强与爱因斯坦关系破坏相关，并归因于瞬态推进二聚体的形成。
2023-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Super-Arrhenius diffusion in a binary colloidal mixture at low volume fraction: an effect of depletion interaction due to an asymmetric barrier
我们报告的结果，从分子动力学模拟的二元胶体混合物进行外部势垒沿空间方向之一，在低体积分数，ψ = 0.2。外部势垒的不对称性的变化不改变较小颗粒的动力学，显示Arrhenius扩散。然而，较大颗粒的动力学显示出从亚阿克里欧斯到超阿克里欧斯扩散的交叉，在低温和低体积分数下具有外部势的不对称性。超Arrhenius扩散通常在高密度系统中观察到，在高密度系统中，由于密集堆积而存在瞬态笼，例如，过冷液体，堵塞的系统，通过多孔膜的扩散，在细胞环境中的动力学，等。该模型可以应用于研究分子跨细胞膜，纳米，和微通道的传输，其特征在于空间不对称的潜力。
2021-01-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular Structural Dynamics in Water-Ethanol Mixtures: Spectroscopy with Polarized Neutrons Simultaneously Accessing Collective and Self-Diffusion
本研究针对水-乙醇二元混合物的非线性相行为及团簇假说，采用带极化分析的高分辨中子飞行时间光谱结合选择性氘代技术，分离自扩散与集体扩散信号，发现介观尺度氢键网络刚性随乙醇占比升高而增强，验证了团簇假说。
2023-10-06 cond-mat.soft physics.chem-ph
Diffusion transport coefficients for granular binary mixtures at low density. Thermal diffusion segregation
进一步考虑了用Chapman-Enskog方法求解Boltzmann方程得到的低密度颗粒二元混合物的质量通量。与弹性情况一样，相关的输运系数$D$、$D_p$和$D'$由一组耦合线性积分方程的解给出，该方程通过考虑第一和第二Sonine近似求解。的扩散系数的恢复系数和混合物的参数（质量，直径和浓度）的函数明确获得，其表达式适用于任意数量的维度。为了检验第二Sonine修正对高非弹性碰撞的准确性，还采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法数值求解Boltzmann方程，确定了一些特殊情况下（自扩散问题和示踪剂极限）的互扩散系数$D$。与DSMC结果的比较表明，$D$的第二Sonine近似改进了第一Sonine近似的预测。我们还研究了由单向热梯度驱动的颗粒偏析。从所谓的热扩散因子$Λ$获得偏析判据，该热扩散因子测量平行于温度梯度的偏析量。因子$Λ$通过考虑扩散系数的二阶Sonine形式来确定，并且其对恢复系数的依赖性在系统的参数空间中被广泛地分析。本文得到的结果扩展了以前的工作中进行的示踪剂限制（消失的摩尔分数的物种之一）的一些作者的本文。
2013-03-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tracer diffusion inside fibrinogen layers
我们调查的阻碍运动的示踪剂（测试）粒子在拥挤的环境中进行模拟的二维高斯随机游走模型纤维蛋白原单层的不同取向排序。纤维蛋白原分子是显著各向异性的，因此它们可以形成取向有序的结构，类似于在液晶中观察到的取向有序。这项工作的重点是水平的取向顺序（环境拥挤程度）的纤维蛋白原分子内的层和非Fickian字符的扩散过程中移动的领域内的球形示踪剂颗粒之间的依赖关系。结果表明，在一般情况下，粒子运动是亚扩散的，具有强各向异性，其特征随取向序参量、纤维蛋白原浓度和扩散探针半径的变化而显著变化。
2014-03-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
Connectivity of the Hexagonal, Cubic, and Isotropic Phases of the C$_{12}$EO$_6$/H$_2$O Lyotropic Mixture Investigated by Tracer Diffusion and X-ray Scattering
通过测定示踪分子在六方中间相和流体各向同性相之间的扩散常数，研究了非离子二元体系C $_{12}$ EO $_6$ /H $_2$ O中疏水介质的连通性.在接近各向同性相的横向扩散系数的增加揭示了连接表面活性剂圆柱体的桥状缺陷的扩散。这表明各向同性相具有高度连接的结构。事实上，我们发现类似的扩散系数在各向同性和立方双连续相。在六方相的晶格参数的温度依赖性证实了连接的变化接近六方各向同性过渡。最后，各向同性相的X射线研究表明，其结构是局部类似的六方相。
2015-04-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Gas Mixture Diffusion and Distribution in the Porous ZIF-90 Framework
本文通过GCMC和MD分子模拟研究ZIF-90中CO₂/N₂二元混合物的竞争吸附与扩散行为，揭示框架拓扑与孔道化学共同决定扩散路径和空间分布，为优化金属有机框架的分离与储存性能提供分子级设计原则。
2025-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Diffusion of a tracer in a dense mixture of soft particles connected to different thermostats
我们研究的动态示踪剂在一个稠密的混合物中的粒子连接到不同的恒温器。从描述系统演化的过阻尼Langevin方程出发，在粒子间软相互作用的限制下，推导出了悬浮液中标记粒子的自扩散系数的表达式。我们的推导，这依赖于线性化的迪恩-川崎方程服从的密度场和路径积分表示的动态的示踪剂，延伸了以前的推导，保持示踪剂接触一个单一的浴。我们的分析结果是面对布朗动力学模拟的结果。与数值模拟的协议是非常好的，即使是高密度。我们展示了示踪剂的扩散率如何受到可能代表聚合物线圈的软颗粒的密集环境的活动的影响-这一结果可能与生物介质中扩散率测量的解释有关。最后，我们的分析结果是一般性的，可以应用到示踪剂的扩散耦合到不同类型的波动环境，只要它们的演化方程是线性的，示踪剂和浴之间的耦合是弱的。
2022-12-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion and binding of finite-size particles in confined geometries
描述粒子在拥挤、封闭的环境中的扩散，是生物学和技术上的一个重要课题。在约束尺寸变得与粒子尺寸相当的条件下，粒子之间的空间相互作用以及粒子-壁相互作用将在确定输运性质中起关键作用。为了阐明这些相互作用对颗粒传输的影响，我们考虑了有限尺寸颗粒在其直径与颗粒尺寸相当的通道内的扩散和结合。使用该过程的简单晶格模型，我们计算了通道中束缚粒子和自由粒子的稳态电流和密度分布。我们表明，该系统可以表现出定性不同的行为，这取决于通道宽度的颗粒尺寸的比例。我们还进行了模拟，这个系统，并找到与我们的分析结果非常一致。
2008-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A diffusion-induced transition in the phase separation of binary fluid mixtures subjected to a temperature ramp
进行缓慢的温度斜坡的二元流体的分层显示重复的成核波，这是由于产生的过饱和度的温度斜坡和松弛的过饱和度的扩散运输和流动之间的竞争而产生的。在这里，我们使用对流反应扩散模型来研究弱扩散和强扩散制度的振荡。在这两种状态之间有一个急剧的过渡，这只能根据成分的概率分布函数而不是平均成分来理解。我们认为，这种转变可能是负责一些尚未明确的功能的实验，如二次振荡和双峰液滴尺寸分布的外观。
2011-07-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Multiple interfaces in diffusional phase transitions in binary mesogen-non-mesogen mixtures undergoing metastable phase separations
对具有各向同性-各向同性（I-I）相分离的混合序参量体系进行了化学分层和相有序化的理论和模拟，该体系相对于各向同性-非均匀（I-N）相有序化转变是亚稳态的.在一定条件下，无序相转变成有序相通过运动的双前锋包含一个亚稳相产生的I-I分层，以前没有报道的驱动机制。不同的动力学制度被发现取决于在热力学相图中的初始条件的位置和扩散相序迁移率之间的比率。对于扩散过程，取决于温度是高于还是低于临界共溶解点，在耗尽层中发生拐点或相分离。这种相分离导致第二界面的形成，其中两个亚稳各向同性相的分离随时间单调增长。观察到的偏离典型的Fickian浓度分布与强烈的正偏差的混合物从理想的，由于浓度之间的耦合和双有序。虽然感兴趣的系统包括液晶纳米复合材料，这种新的机制可以适用于任何混合物，可以经历有序-无序过渡和分层。
2013-10-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Trajectory Extending Kinetic Monte Carlo Simulations to Evaluate Pure and Gas Mixture Diffusivities through a Dense Polymeric Membrane
针对致密膜中气体次扩散导致扩散系数难提取的问题，采用轨迹延伸动力学蒙特卡洛法延伸模拟时间尺度，可准确计算纯气体及二元混合物扩散系数，证实混合物扩散数据对膜性能评估更可靠，为气体分离材料性能评价提供有效模拟方法。
2023-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Long-time diffusion and energy transfer in polydisperse mixtures of particles with different temperatures
有证据表明，在长时间尺度的被动粒子的传输速率增强，由于与周围的活性在一个大小和成分依赖的方式相互作用。使用一个质点系具有不同的温度，我们探测这些效果在稀溶液中，并推导出长时间的摩擦和自扩散系数的体积分数的函数，尺寸和温度的颗粒在$d=2$和3维。因此，我们模型排除体积的相互作用的非平衡系统，但也扩展到短程软势的范围，并比较我们的结果布朗动力学模拟。值得注意的是，我们表明，粘度和能量通量显示非线性依赖于大小。我们的形式主义的简单性允许发现各种有趣的场景，可以相关的生物系统和活性胶体。
2021-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
U-Net 3+ for Anomalous Diffusion Analysis enhanced with Mixture Estimates (U-AnD-ME) in particle-tracking data
针对短噪声轨迹下异常扩散表征难题，提出结合U-Net 3+与高斯混合模型的U-AnD-ME框架，在2024年挑战赛中单轨迹和整体分析均最优，并验证了轨迹分割与特性推断性能。
2025-02-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
