Impact of packing fraction on diffusion-driven pattern formation in a two-dimensional system of rod-like particles
用格子方法模拟了二维棒状粒子系统中的斑图形成。将棒状颗粒建模为具有周期性边界条件（环面）的正方形晶格上的两个相互垂直取向（$k_x$ -和$k_y$ -聚体）的线性$k$ -聚体。采用两种随机序列吸附模型，模拟了不同填充分数的$k$ -聚体的初始均质各向同性分布。通过Monte Carlo技术，将$k$ -聚体的平移扩散模拟为随机行走，而忽略旋转扩散，因此，将$k_x$ -聚体和$k_y$ -聚体视为单独的物种。对于相对较长的$k$ -聚体（$k \geq 6$）和中等的堆积密度（在$p_{down} < p < p_{up}$区间内，其中临界堆积分数$p_{down}$和$p_{up}$均取决于$k$），系统趋向于以对角线条纹形式的良好组织的非平衡稳态。
2018-03-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Measuring order in the isotropic packing of elastic rods
弹性体的堆积已成为研究宏观无序系统的一个范例。然而，由于缺乏受控实验，进展受到阻碍。在这里，我们考虑一个模型实验的各向同性的二维约束杆的中心力。我们试图衡量如何有序是一个折叠的配置，我们确定了两个关键的数量。几何特征由配置中的叠加层的数量给出。利用时间调制的约束力，我们探测的力学性质的配置，我们定义和测量其有效压缩性。这两个量可用于建立填充弹性系统的统计框架。
2011-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confinement of two-dimensional rods in slit pores and square cavities
使用蒙特卡罗模拟，我们分析了四种不同类型的几何约束的二维硬棒的行为：（一）一个狭缝孔，其中的颗粒被限制在两个平行的壁与垂面锚定;（二）一个混合狭缝孔形成的平面和垂面壁;方腔，挫败的取向顺序施加（三）垂面或（四）平面壁锚定。我们提出的结果作为包装分数和限制程度的函数的状态图。在极端约束下，意外的状态出现较低的对称性比那些相应的稳定状态的散装，如形成的状态，打破锚定约束或表面施加的对称性。在这两种类型的方腔中，颗粒在中等密度下形成向错。然而，在高密度下，弹性应力通过畴壁的形成而松弛，其中指向矢突然旋转90度。
2015-04-20 cond-mat.soft physics.class-ph
Shear flow of non-Brownian rod-sphere mixtures near jamming
本文利用离散元方法研究非布朗棒-球混合物在致密堆积下的剪切流变，发现堵塞点随棒长径比非单调变化，短棒降低黏度而长棒升高黏度，并从堆积与排除体积角度给出机制解释。
2024-05-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-organisation of semi-flexible rod-like particles
我们报告一个全面的计算机模拟研究的液晶相行为的纯粹排斥，半柔性棒状粒子。对于四个纵横比，我们认为，颗粒形成五个不同的阶段，这取决于他们的包装分数和弯曲的灵活性：各向同性，双晶，近晶A，近晶B和晶体相。在增加颗粒弯曲柔性时，各种相变向更大的填充分数移动。增加纵横比会达到相反的效果。我们发现两种不同的方式如何在近晶A相的颗粒的层间距可能会响应于浓度的增加。层间距可以根据纵横比和柔性而减小或增大。对于近晶B相和结晶相，增加浓度总是减小层间距。我们发现，层间距跳跃到一个更大的值从近晶A过渡到近晶B相。
2017-08-14 cond-mat.soft
Clustering in vibrated monolayers of granular rods
研究了高填充率下圆形容器中垂直振动单分子层颗粒的有序性。与其他小组以前的工作，我们确定液晶有序行为类似的二维硬矩形颗粒受到热平衡波动。然而，由于耗散，颗粒系统中的颗粒更倾向于聚集成平行排列。这些团簇表现为长寿命“超粒子”的多分散混合物，系统行为的某些方面可以通过对这些“超粒子”应用基于两体相关的平衡硬矩形的平均场论来理解。颗粒系统的许多其他特征是不同的：（i）对于小颗粒的长宽比$κ$，我们确定在中等包装分数和近晶波动在较高的包装分数的四阶有序，与两个状态之间没有急剧的转变。这两种类型的排序都可以用聚类来解释。(ii)对于大的$κ$，强大的集群排除单轴的稳定性，和系统表现出的随机取向的集群的混合物，作为包装分数增加，发展成近晶波动的状态，再次通过扩散过渡。(iii)涡激发的速度场的竞争与近晶有序，造成动态波动和稳定状态的情况下，在高密度的四次状态，相比之下，是非常僵硬的对涡，长期稳定的状态，空间和取向均匀，除了四个对称的缺陷位于靠近墙壁，可以观察到。
2017-01-18 cond-mat.soft
Dynamic bidirectional coupling of membrane morphology and rod organization in flexible vesicles
University of Twente（特温特大学）；Utrecht University（乌得勒支大学）
研究通过实验和模拟结合的最小模型，揭示了柔性囊泡中杆状粒子的有序排列源于各向异性相互作用、几何约束和边界顺应性的相互作用，展示了软约束如何驱动内部有序与囊泡形状的双向耦合，从而形成相图，其中长形囊泡在较低的填充分数下促进向列相对齐，而较高的填充分数诱导类似液晶的有序排列，使囊泡重塑为板状形态。
2026-05-21 cond-mat.soft
Unpacking of a crumpled wire from two-dimensional cavities
近年来，人们对金属丝和其他线状材料在空腔中的紧密堆积结构的物理学进行了探索，这些物理学与褶皱系统和许多主题有关，从应用到病毒衣壳中的DNA包装和用导管进行外科干预，到与有限温度下的电子气和二维量子引力理论的类比。当一根长长的金属丝被注入二维空腔时，它会弯曲，并在堵塞的极限处形成一系列封闭的结构，我们称之为环。在这项工作中，我们研究了提取一个皱巴巴的紧密包装的电线从一个圆形的空腔，旨在单独删除循环。测量了每个取出的线圈的尺寸、打开每个线圈所需的最大力值以及取出的导丝的总长度，并将其与指数增长和平均场模型相关，该模型与压皱导丝的文献一致。这个过程的标度律的报告和包装和拆包的电线的过程之间的关系进行了评论。
2017-03-15 cond-mat.soft
Faceted particles formed by the frustrated packing of anisotropic colloids on curved surfaces
我们使用计算机模拟和简单的理论模型来分析棒状颗粒末端附着在曲面上时产生的形态，从而产生与表面法线对齐的有限厚度单层。这种几何形状导致两种形式的挫折，一个与不相容的六角形秩序的表面上的高斯曲率，第二个反映了变形的一层有限厚度的表面上的非零平均曲率。我们发现，后者的效果导致一个刻面机制。以上的粒子间的吸引力的强度和表面平均曲率的阈值，吸附层经历了从取向无序的有序状态，这是划定由可重复的线缺陷的图案的过渡。小平面的数目是由线缺陷能量和小平面内应变之间的竞争控制的。调整控制参数，从而导致丰富多样的形态，包括二十面体颗粒和不规则多面体。除了提出一种新的策略来合成具有可调对称性的非球面粒子外，我们的研究结果还可能揭示最近的实验，在这些实验中，杆状HIV GAG蛋白围绕纳米级粒子组装。
2016-06-30 cond-mat.soft
Finite Element Simulation of Dense Wire Packings
本文编制了一个有限元程序，模拟了弹性丝在二维和三维封闭腔体中的装填和盘绕过程。线被表示为三阶梁单元，并嵌入到一个共转公式捕捉几何非线性所造成的大的旋转和变形。双曲型运动方程的时间积分使用两种不同的积分方法从Newmark家庭：一个隐式迭代牛顿-拉夫森线搜索求解器，和一个明确的预测-校正计划，都与自适应时间步进。这两种方法揭示了从根本上不同的适用性的问题，强烈的自我相互作用的机构发现密集的空腔。推广了球形约束对称性的研究，在无摩擦弹性限度下模拟了金属丝在硬椭球腔中的填充。有证据表明，包装在扁球体和不等边椭球体积极首选的领域。
2012-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.AO
One-dimensional hard rod fluid in a disordered porous medium: scaled particle theory
本文应用标度粒子理论描述了无序多孔介质中一维硬杆流体的热力学性质。为此，我们扩展了以前开发的SPT 2方法。本文给出了硬棒和重叠硬棒矩阵中硬棒流体的化学势和压力的解析表达式。提出了一系列新的SPT2近似。结果表明，除了已知的几何孔隙度和比探针粒子孔隙度外，还应考虑一种新的孔隙度，即由流体粒子在多孔介质中的最大填充率定义的孔隙度。巨正则蒙特卡罗模拟进行验证的SPT 2方法与新的近似相结合的准确性。据观察，在这项研究中提出的理论描述基本上提高了流体密度的最高值的结果。
2012-07-12 cond-mat.soft
All twist and no bend makes raft edges splay: Spontaneous curvature of domain edges in colloidal membranes
采用理论和实验相结合的方法，我们研究了由不同长度的刚性杆组成的胶体膜中两个不混溶域之间的界面。刚性杆包装的几何考虑意味着，足够短的杆在长杆的背景膜的域是更容易扭曲比相反的结构，在短杆膜背景的长杆域。在域间边缘的倾斜力张开，这反过来又表现为一个自发的边缘曲率，其能量由组成杆的长度不对称性控制。这样的倾斜曲率耦合在域间边缘的热力学模型解释了一些实验观察，包括非单调依赖的域半径的边缘扭曲，和环形域的长杆。我们的工作展示了二维流体中取向和组成自由度之间的耦合如何产生域的复杂形状和热力学，类似于3D流体囊泡中的形状转变。
2019-08-27 cond-mat.soft
Freezing in flat monolayers of soft spherocylinders
本研究通过分子动力学模拟发现软球柱体平膜的向列-晶体相变堆积分数约为0.82，高于硬圆盘流体的0.7，并归因于残余取向熵，静电排斥不影响该转变。
2025-01-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
From toroidal to rod-like condensates of semiflexible polymers
利用蒙特卡罗模拟支持的分析理论，研究了环状构象和棒状构象作为DNA凝聚基态的竞争与刚性、DNA长度和相邻分子间长程相互作用形式的关系.这两种构象的特点是由一个本地的六方堆积对称的邻近DNA分子的有序，但不同的全球配置的链和它的曲率分布，因为它缠绕周围，形成一个冷凝物。驱动DNA凝聚的长程相互作用被假定为属于吸引耗尽势以及吸引抗衡诱导的软势的形式。在刚度长度平面中，我们发现在固定链长$L$下，为了增加刚度，棒状凝聚体到环状凝聚体之间存在过渡。引人注目的是，过渡线被发现有一个$L^{1/3}$的依赖性，无论相邻分子之间的长程相互作用的细节。当使用现实的DNA参数，我们的描述再现相当不错的一些实验观察到的DNA凝聚物的功能。
2014-02-12 cond-mat.soft
Penetration of Rigid Rods, Flexible Rods, and Granular Jets into Low-Density Granular Media
Instituto de Física, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla（普埃布拉自治大学物理研究所）；Gulliver, CNRS, ESPCI Paris, Université PSL（高勒维尔实验室，法国国家科学研究中心，巴黎高等物理化工学院，巴黎文理研究大学）
研究了刚性杆、柔性杆和颗粒喷射体在二维颗粒床中垂直渗透的动力学，发现杆因床体密度不均快速偏离初始方向，旋转后沿曲线轨迹运动，短杆因惯性矩小更易偏离，长柔性杆易发生屈曲，而刚性杆穿透更深。
2026-03-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Thermalized connectivity networks of jammed packings
排斥性弹性球的堵塞填充已经成为一个丰富的模型系统，在该系统中无序玻璃材料的弹性性质可以得到阐明。关于这类填充的大部分工作都集中在温度为零的情形。在这里，我们探讨了有限温度下相关连接网络的弹性性质，忽略了键的断裂和新键的形成。使用广泛的蒙特卡罗模拟，我们发现，随着温度的升高，所得到的弹簧网络收缩，并通过尖点表现出快速软化的体积模量。此外，剪切模量硬化在一个固定的体积合奏，但不是在一个固定的压力合奏。这些违反直觉的行为可以从等静压附近的软模式的特征光谱来理解，其类似于杆在其屈曲不稳定性附近的光谱。我们的研究结果提出了一个通用的机制，在边缘固体负热膨胀系数。我们讨论了键断裂的后果和热化和剪切之间的明显的类比。
2016-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Smectic ordering in athermal systems of rod-like triblock copolymers
用第二维里密度泛函理论研究了平行刚性三嵌段共聚物体系的相行为。三嵌段颗粒由两个相同的无限薄的有限长度的硬杆的相对两端的一个中心硬柱与非零的长度和直径。稳定性分析和自由能计算表明，平行粒子体系不仅可以形成均匀的近晶A相和近晶C相，而且还可以形成均匀的近晶C相。倾斜结构的稳定性和结构仅由中心圆柱段的直径和长度控制。有趣的是，直径的影响，只有层倾斜和周期性，但不是堆积分数的近晶-C的过渡。对于所有的圆柱体长度的值，通常的近晶-A和近晶-C过渡相互竞争，没有观察到向列相柱过渡。在低和高的圆柱体长度的近晶-A相是稳定的第一，而近晶C是最稳定的中间长度值。
2007-10-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Lattice Fundamental Measure Theory beyond 0D Cavities: Dimers on Square Lattices
本文通过经典密度泛函理论，基于Levy处方推导出方格上二聚体的扩展自由能泛函，在可容纳两粒子的空腔中精确，并改善了体相及受限系统在高填充率下的自由能预测。
2023-09-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Packing of elastic wires in flexible shells
被注入到有限空间中的细长细丝的填充问题是物理学家和生物学家都感兴趣的基本问题。然而，线性螺纹如何包装和盘绕仅为刚性容器的理想情况所熟知。在这里，我们迫使长弹性杆到弹性壳所承担的灵活的空间限制，以检查在何种条件下最近获得的知识，在刚性球体的电线包装故障。我们发现，与刚性腔不同，摩擦起着关键作用，引起两个不同的包装模式的出现。在低摩擦下，金属丝密集地盘绕成具有半椭圆形横截面的有序环形束，而在高摩擦下，金属丝堆积成高度无序的分级结构。这两种形态被证明是由一个连续的相变分离。我们的研究结果表明，摩擦和限制弹性对丝状包装的巨大影响，并可能推动未来对物理学，生物学甚至医学技术等系统的研究，包括这些相互作用的影响。
2015-12-09 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.med-ph
Capillary ordering and layering transitions in two-dimensional hard-rod fluids
本文计算了两条硬线间二维硬棒流体的表面相图。在第一阶段中，我们研究的半无限系统组成的各向同性流体与一个单一的硬线接触。我们已经发现完全润湿的柱状相在壁各向同性流体界面。当流体被限制在两个硬壁之间时，通过一级相变发生毛细管柱有序化。对于更高的化学势的系统表现出分层过渡，即使是非常窄的狭缝（接近一维极限）。所使用的理论模型是基于基本测量泛函的密度泛函理论，该基本测量泛函在限制取向近似（Zwanzig模型）中应用于硬矩形流体。这里提出的结果可以在实验中检查由杆制成的二维颗粒介质，其中由外部源引起的垂直运动和排除的颗粒之间的体积相互作用允许系统探索那些熵最大化包装配置的定态。我们声称，这里发现的一些表面现象可以存在于二维颗粒介质流体。
2007-04-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
In pursuit of the tetratic phase in hard rectangles
本文利用硬粒子 Monte Carlo 模拟建立二维硬矩形在恒压下的完整相图，揭示中等长宽比体系中的 tetratic（双轴向列）相及其到近晶相的弱不连续转变。
2024-08-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tilt control of coverage heterogeneity for hard spherocylinders locked on a sphere
Recognition Physics Institute（识别物理研究所）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）；Department of Physics, Case Western Reserve University（凯斯西储大学物理系）；Theoretical Department, Joint Institute for High Temperatures, RAS（俄罗斯科学院高温联合研究所理论部）
研究球面上硬球柱体在切向导向场锁定下的堆积非均匀性，发现倾斜角控制奇点周围贫化区宽度，均匀性受几何而非倾斜限制，方差遵循幂律。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Morphogenesis and self-organization of persistent filaments confined within flexible biopolymeric shells
我们系统地探讨了自组装的半柔性聚合物在可变形的球形限制在一个广泛的政权的链刚度，轮廓长度和包装分数通过粗粒度的分子动力学模拟。顺应性，DNA样丝被发现经历了连续的交叉从两个不同的表面有序的四极状态，其特征在于由四面体图案的拓扑缺陷，无论是纵向或横向双极结构，随着聚合物浓度的增加。这些过渡，以及它们涉及的中间安排，可以归因于一个取向润湿现象与微妙的密度和轮廓长度相关的变化，在相应的液晶相的弹性各向异性的组合。相反，刚性的，微管状聚合物的组织证据连续弹性理论的逐步崩溃的链尺寸变得可比的平衡半径的封装膜。在这种情况下，我们观察到一个逐渐的转变，从扁长形，类触体的形态，扁，红细胞样的结构，增加轮廓长度，这是所产生的有序，聚合物和膜屈曲之间的相互作用。我们进一步提供了一些尚未确定的，自组织的国家在这样的封闭系统的刚性非手性细丝，包括自发螺旋近晶组装，多面体和扭曲的斜纹状安排的数字证据。我们的研究结果是量化的，通过引入几个序参量和无监督的学习计划的表面拓扑缺陷的本地化，并与场论的预测，以及经典的弹性理论的薄杆和球壳。
2021-07-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
