Anomalous diffusion due to hindering by mobile obstacles undergoing Brownian motion or Orstein-Ulhenbeck processes
生物分子或囊泡在细胞中的被动运动的体内测量一致地报告“异常扩散”，其中均方位移以指数$α< 1$（亚扩散）的时间幂律缩放。虽然导致这种行为的详细机制并不总是阐明，障碍物的运动阻碍经常被调用。然而，我们对受阻扩散如何导致亚扩散的理解是基于随机定位的\textit{immobile}障碍物中的扩散。在这里，我们已经使用蒙特卡罗模拟调查瞬态亚扩散由于\textit{mobile}障碍与各种模式的流动性。我们的模拟证实了当障碍物按布朗运动时，异常区迅速消失。相比之下，移动障碍物与更多的有限位移，如Orstein-Ulhenbeck运动，被证明是保持subdiffusive制度。跟踪蛋白质的均方位移显示令人信服的幂律与反常指数$α$，随着的密度的干扰障碍或弛豫时间尺度的干扰过程。特别是，我们观察到的一些值显着低于2D中固定障碍物预测的普遍值。因此，我们的研究结果表明，亚扩散由于移动障碍物与OU型的运动可以解释在活细胞中的实验测量所表现出的大的变化范围，并可以解释，一些实验估计是低于通用值预测的不动的障碍。
2014-01-24 cond-mat.soft q-bio.QM
Confined diffusion in a random Lorentz gas environment
本文研究了有偏布朗粒子在充满冻结障碍物的二维受限几何中的扩散行为。这些粒子的传输特性的障碍物密度$η$和缩放参数$f$，这是所做的工作的比例，以可用的热能的各种值进行了研究。我们表明，当热涨落超过外力时，小$f$区域，当系统在临界障碍物密度$η_c \approx 1.2$下运动时，颗粒被捕获在给定的环境中。然而，随着$f$的增加，我们观察到颗粒捕获发生在$η_c$之前。特别是，我们发现$η$和$f$之间的关系，它提供了一个估计的最小$η$到一个关键的缩放参数$f_c$，超过该菲克-雅各布斯描述是无效的。突出的运输功能，如非单调行为的非线性流动性，异常扩散，大大增强了有效扩散系数的解释为各种强度的$f$和$η$。此外，有趣的是观察到颗粒表现出不同种类的扩散行为，即，次扩散、正常扩散和超扩散。这些发现，这是真正的有限的和随机的洛伦兹气体环境，可以是有用的，以了解系统中的小颗粒或分子的传输，如分子筛和多孔介质，具有复杂的异质环境的冻结障碍。
2020-07-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CG
Diffusion, subdiffusion, and trapping of active particles in heterogeneous media
研究了二维非均匀空间中匀速运动的活性粒子系统的输运性质。空间异质性是由随机分布的障碍物，主动粒子避免。避障的特征在于粒子的转动速度$γ$。我们表明，通过模拟和分析计算，粒子的均方位移表现出两个制度的障碍物$ρ_o$和$γ$的密度的函数。我们发现，在较低的$γ$值，粒子运动是扩散的，其特征在于扩散系数，显示在一个中间的障碍物密度$ρ_o$的最小值。我们观察到，在高障碍物密度区域和大的$γ$值，自发捕获的活性粒子发生。我们表明，这种捕获导致真正的亚扩散运动的活性粒子。我们指出如何这些发现可以用来制造一个过滤器的活性颗粒。
2013-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Self-subdiffusion in solutions of star-shaped crowders: non-monotonic effects of inter-particle interactions
我们通过大量的计算机模拟研究了拥挤的二维解中各向异性星形粒子的自扩散。我们调查的面积覆盖率$ϕ$的拥挤和拥挤的粘附性能的瞬态异常扩散制度的影响。我们系统地计算粒子的均方位移（MSD），它们的时间平均MSD，以及有效扩散系数。扩散出现遍历的限制长的轨迹，这样的时间平均的MSD收敛到合奏平均的MSD和功能的时间平均的MSD从个人轨迹的一个小的残余振幅扩展。在中间的时间尺度上，我们量化了系统中的异常扩散。此外，我们表明，平移-但不是旋转-扩散的粒子$D$是一个非单调函数的吸引力之间的强度。两个扩散系数随着拥挤物占据的面积分数$ϕ$而随着$D(ϕ)\sim (1-ϕ/ϕ^*)^2$减小。我们的研究结果可能适用于合理化的实验观察非布朗扩散的一些标准的大分子crowders在体外模拟活细胞的细胞质条件。
2015-07-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
The rule for a subdiffusive particle in an extremely diverse environment
分析了非均匀环境中连续时间亚扩散随机游动系统的动力学行为。在每个微观跳跃中，从等待时间概率密度函数（WT-PDF）中提取随机时间，该等待时间概率密度函数（WT-PDF）按幂律衰减：phi（t;k）~k/（1+kt）^（1+beta），0<beta<1。参数k是跳跃的扩散系数，也是一个随机量;在每次跳跃中，它从PDF中提取，p（k）~1/k^gamma（0<gamma<1）。我们表明，该系统表现出过渡的标度律的有效WT-PDF，psi（t），这是当平均phi（t;k）与p（k）。psi（t）按幂律衰减，psi（t）~1/t^（1+mu），mu由两个不同的公式给出。当1-gamma> beta时，mu=beta，但当1-gamma<beta时，mu=1-gamma。psi（t）的尺度转换反映了两种不同的次扩散机制之间的竞争：由于微观跳跃的重尾phi（t;k）引起的次扩散，以及由于由许多缓慢局部区域组成的环境的集体效应引起的次扩散。这两种不同的亚扩散机制不是相加的，而是相互竞争的。所报告的转变是与维度无关的，并且当功率β也在0<bate<1的范围内分布时消失。模拟例证的过渡，并讨论了影响。
2008-10-08 cond-mat.soft
Semiflexible polymers under external fields confined to two dimensions
通过分子动力学模拟研究了二维半柔性聚合物的非平衡结构和动力学性质。三种不同的情况被认为是：力的延伸关系的拴系聚合物，最初拉伸的半柔性聚合物的松弛，和剪切流动下的半柔性聚合物。我们发现定量协议与理论预测的力-延伸关系和熵收缩聚合物的时间依赖性。剪切流动下的半柔性聚合物在大的剪切速率下表现出显着的构象变化，其中刚性较低的聚合物被流动延伸，而刚性较高的聚合物被收缩。此外，聚合物通过流动排列，从而二维半柔性聚合物的行为类似于三维柔性聚合物。在高剪切速率下，翻滚时间显示幂律依赖性，其指数与三维系统中的柔性聚合物的指数相当。
2012-11-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confined run-and-tumble swimmers in one dimension
活动粒子运动的持久性引起边界上的积累。我调查的问题，运行和翻滚的游泳运动员被限制在一个1D框与硬墙，报告的颗粒概率分布和壁压的表达式。一个交叉盒长度值被发现低于初始值的压力原来是高于渐近的，表明反弹效果的积极“波”的游泳者。吸引和排斥边界的情况下，也研究了使用两种不同的翻滚率的颗粒在散装和在墙壁。逃逸问题，最后分析考虑部分可渗透的墙壁，通过该颗粒可以离开盒子。
2022-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamics of confined colloidal fluids in two dimensions
本文应用混合分子动力学和介观模拟技术研究了二维受限胶体圆盘的动力学行为。我们计算的速度自相关函数，并观察到预测的$t^{-1}$长时间的流体动力学尾巴的特点，无约束流体，以及更复杂的振荡行为和负尾强约束的几何形状。由于速度自相关函数的$t^{-1}$尾部在有限系统中被切断较长时间，因此相关扩散系数不会发散，而是在数学上取决于系统的整体大小。
2008-12-18 cond-mat.soft
Stable shapes of three-dimensional vesicles in unconfined and confined Poiseuille flow
我们用数值模拟的方法研究了三维泡囊在无约束和有约束Poiffille流中的动力学行为。以前的数值研究表明，当囊泡内外的流体粘度相同（没有粘度对比），从不对称拖鞋对称降落伞的过渡发生的粘性强迫或毛细管数的增加。在较高的粘度对比度，向外迁移的趋势，也已观察到在无侧限流模拟。在本文中，我们研究如何存在的粘度对比度和限制壁影响囊泡的动力学和目前的相图有和没有粘度对比度的限制Poiffille流。据我们所知，这是第一个研究，提供了一个三维囊泡的相图与粘度对比，在封闭Poiffille流。限制壁将囊泡推向中心，而粘度对比具有相反的效果。这种相互作用导致了重要的差异，如在高毛细管数的双稳态动力学。
2020-04-30 cond-mat.soft
Elastic medium confined in a column versus the Janssen experiment
我们计算了当材料在壁面各处都处于库仑阈值时，被限制在垂直柱中的弹性介质中的应力。模拟在2维中使用弹簧网格，并在3维中，使用有限元方法。的结果进行了比较的杨森模型和实验结果的颗粒状材料。讨论了考虑弹性各向异性对实验结果定性的必要性。
2004-12-15 cond-mat.soft
Destruction of ultra-slow diffusion in a three dimensional cylindrical comb structure
通过求解Fokker-Planck方程，给出了三维梳状结构中超慢扩散的严格结果.结果表明，超慢的污染物沿骨干传播的均方位移（MSD）的顺序为$\ln (t)$。这种现象只发生在无限二级分支（圆盘）内部的正常二维扩散。当二次枝有有限边界时，超慢运动是一个瞬态过程，渐近行为是正态扩散。在另一个例子中，当异常扩散发生在二级分支中时，也发生超慢（对数）扩散的破坏。结果，观察到MSD $\sim t^{1-α}\ln t$的“增强的”亚扩散，其中$0<α<1$。
2015-08-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Transition from turbulent to coherent flows in confined three-dimensional active fluids
通过管道输送流体对于宏观机器和微流体装置的操作是必不可少的。传统的流体只在外部压力下流动。我们证明了一个积极的各向同性流体，由微管和分子马达，自主地流过米长的三维通道。我们建立控制的大小，速度分布和方向的自组织流，并将这些扩展的微管束的结构。固有的三维过渡，从散装湍流的约束相干流发生伴随着在表面附近的束取向顺序的过渡，并由一个规模不变的标准有关的通道轮廓控制。受限各向同性活性流体的非平衡相变可以用来设计自组织软机器。
2017-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Onset of anomalous diffusion in colloids confined to quasi-monolayers
最近的研究表明，胶体单层，例如，在流体界面处或通过合适的限制电势形成的，表现出反常的集体扩散。这是当颗粒被限制为驻留在二维（2D）流形上时由三维（3D）环境流体介导的流体动力学相互作用的结果。我们研究理论和数值模拟的交叉从正常到异常扩散的粒子是，在真实的系统中，由3D的外部潜力，从而有可能波动出的2D流形，从而实际上形成一个准单层。
2017-02-09 cond-mat.soft
Diffusion of single long polymers in fixed and low density matrix of obstacles confined to two dimensions
本文用扩展键涨落方法数值研究了自回避聚合物在规则分布的障碍物（a=20）中的扩散特性。据我们所知，我们首次观察到中心单体$ϕ_{M/2}(t)$的均方位移表现出四种动力学状态，即，$ϕ_{M/2}(t) \sim t^{ν_m}$与$ν_m\sim 0.6$、3/8、3/4和1从最短到最长的时间方案。在第二和第三制度的指数很好地描述了在"自我回避管“的分段扩散。在第四（自由扩散）制度，我们已经数值证实了爬行时间$τ_d$和段数$M, τ_d\propto M^3$之间的关系。
1999-06-02 cond-mat.soft
First passage times and asymmetry of DNA translocation
出于实验中，单链DNA与短发夹环在一端经历非受迫扩散通过一个狭窄的孔，我们研究的第一个通道时间的粒子，执行一维布朗运动在一个不对称的势能，退出的边界之一。我们考虑经典扩散的情况下，其特征在于由一个均方位移的形式$< (Δx)^2> \sim t$，和异常扩散或亚扩散的情况下，其特征在于由一个均方位移的形式$< (Δx)^2> \sim t^γ$与$0<γ<1$的首次通过时间。在经典扩散的背景下，我们得到的平均首次通过时间的表达式，并表明，这个量的变化时，方向的反相，或等价地，当反射和吸收边界交换。我们讨论在哪些数量的“牙齿”$N$（或DNA核苷酸的数量），并在哪些高度的潜在的这种差异变得显着。对于大$N$，众所周知，平均首次通过时间与$N^2$成比例。在次扩散的情况下，平均首次通过时间不存在。因此，我们得到了在长时间极限下的首次通过时间的分布。我们表明，在这种分布的功率关系的前因子是简单的经典扩散中的平均首次通过时间的表达式。我们还描述了一个假设的实验，以计算平均的第一次通过时间的一小部分通过事件，每个结束在一些时间$t^*$。我们发现，这个平均第一次通过时间尺度为$N^{2/γ}$在亚扩散。
2005-10-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
