Disordered hyperuniformity in superconducting vortex lattices
占据随机晶格位置的粒子在所有长度尺度上都呈现密度波动。有人提出，增加粒子间的相互作用减少了长程密度波动，偏离随机行为。这导致幂律的结构因子和数量的变化，可以用来表征偏离随机性，最终导致无序的超均匀性。在一个无序的超均匀系统中，如何将密度涨落与相互作用联系起来，目前还不完全清楚。超导涡旋之间的相互作用对涡旋钉扎、超导体的晶体结构和磁场的大小非常敏感。这就产生了具有不同无序度的晶格。在这里，我们研究无序涡旋晶格在几个超导化合物（钴掺杂的NbSe $_2$，LiFeAs和CaKFe $_4$作为$_4$）和两个非晶W基薄膜，一个具有强的纳米结构的钉扎（W膜-1）和另一个具有弱或几乎没有钉扎（W膜-2）。我们计算每种情况下的结构因子和数量方差和计算的相互作用的一组部分钉扎粒子。我们发现，随机密度波动出现时，钉扎克服相互作用，并表明密度波动的抑制确实是相关的相互作用的存在。此外，我们发现，我们可以描述所有研究的涡旋晶格在一个单一的框架内组成的一个连续的偏离超均匀随机分布时，增加钉扎的强度，相对于涡间相互作用。
2020-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Emergence of Disordered Hyperuniformity in Melts of Linear Diblock Copolymers
本研究利用大晶胞自洽场理论模拟线性嵌段共聚物熔体，通过Quantizer能量点图案初始化，发现了一类自由能接近体心立方相且优于类液态堆积的亚稳态无序超均匀胶束介晶相，为自下而上设计新型无序超均匀材料提供了新思路。
2024-03-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disordered Hyperuniform Quasi-1D Materials
碳纳米管是准一维体系，具有优异的传输、机械、光学和化学性质。在这项工作中，我们推广的概念，无序超均匀性，最近发现的奇异状态的物质与隐藏的长程序，准一维材料。作为一个概念的证明，我们然后应用广义框架来量化的密度波动无定形碳纳米管含有随机分布的斯通-威尔士缺陷。我们证明了所有这些无定形纳米管都是超均匀的，即，无论纳米管的直径、轧制轴、轧制片的数量和缺陷分数如何，这些系统的无限波长密度波动都被完全抑制。我们发现，这些无定形纳米管是积极的比周期性分布的斯通-威尔士缺陷的纳米管更稳定。此外，某些无半导体缺陷的碳纳米管由于随机引入足够大量的缺陷而变成金属。无定形纳米管的结构研究加强了我们对这些系统的基本理解，并提出了可能的奇异物理性质，因为它们的无序超均匀性。我们的研究结果也揭示了降维对材料超均匀性的影响。
2022-08-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Hyperuniform states generated by a critical friction field
超均匀态是填充无序系统空间的有效方法。在这些状态下，粒子分布在短尺度上是无序的，但在大尺度上变得越来越均匀。超均匀性出现在几个系统中，在静态或准静态制度，以及接近过渡到吸收状态。在这里，我们表明，振动颗粒层，在液体到固体的过渡的临界点，显示动态超均匀性。在转变之前，形成固相的斑块，其长度尺度和平均寿命在转变点处临界发散。当减少波数时，密度波动会遇到越来越多的阻碍其传播的斑块，导致静态结构因子在临界点处趋于零，这是超均匀性的特征。一个简单的模型表明，这种耦合的密度场的一个高度波动的标量摩擦场产生动态超均匀状态。最后，我们表明，结构因子更好地检测超均匀性的出现，相比粒子数方差。
2019-06-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Inferring traits of hyperuniformity from local structures via persistent homology
本研究利用持续同调描述点图案的局部结构，通过机器学习实现了有限尺寸系统超均匀性的高精度检测，还可重构超均匀性全局参数、生成指定拓扑性质的图案，为超均匀图案分析与逆向设计提供了新方法。
2025-02-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theoretical Basis for Classifying Hyperuniform States of Two-Component Systems
该研究构建了双组分超均匀系统的理论框架，明确了各类超均匀二元混合物结构因子的新条件，将其分为5类7种状态，为多超均匀材料设计提供了指导。
2025-01-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
New Tessellation-Based Procedure to Design Perfectly Hyperuniform Disordered Dispersions for Materials Discovery
无序超均匀色散是一种奇异的非晶两相材料，其特征在于长波长体积分数波动的异常抑制，赋予它们新的物理性质。虽然这种不寻常的材料受到了相当大的关注，但由于目前的计算和实验限制，无法创建真正超均匀的大样本一直是一个绊脚石。为了克服这些障碍，我们引入了一个新的，简单的建设过程，保证完美的超均匀性非常大的样本量。它涉及将空间镶嵌成单元格，然后将颗粒插入每个单元格中，使得局部单元格颗粒填充分数与全局填充分数相同。我们分析证明，这样的分散体是完美的超均匀的无限样本大小的限制。我们的方法实现了一个显着的映射，转换成一个非常大的非超均匀无序分散到一个完美的超均匀的，我们在二维和三维数值模拟。类似的分析也建立了著名的Hashin-Shtrikman多尺度色散的超均匀性，它具有最佳的传输和弹性特性。我们的超均匀设计可以很容易地使用现代的三维和3D打印技术制造。我们基于镶嵌的方法可以设计和调整超均匀分散体的巨大类别的探索为加速发现新型超均匀材料铺平了道路。
2019-03-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Methodology to Construct Large Realizations of Perfectly Hyperuniform Disordered Packings
无序超均匀堆积是两相材料中一种特殊的非晶态，具有奇异的物理性质。与普通无序材料相比，这种超均匀系统的特征在于在无限长波长处体积分数波动的异常抑制。虽然人们对非晶物质的这种奇异状态越来越感兴趣，但由于传统方法的实际限制，一个主要障碍是无法产生大的超均匀样品。为了克服这些限制，我们引入了一个一般的理论方法来构造完美的超均匀填充在$d$维欧氏空间。具体地，从满足“有界单元”条件的空间的初始一般镶嵌开始，将硬颗粒放置在每个单元内，使得单元内的填充分数变得与全局填充分数相同。我们证明了所构造的填充是完全超均匀的无限样本大小的限制和他们的超均匀性是独立的颗粒的形状，位置和数量每个细胞。我们采用两种不同类型的初始镶嵌：Voronoi以及球体镶嵌。从Voronoi曲面开始，我们证明了我们的算法可以将$\mathbb{R}^2$和$\mathbb{R}^3$中的极大非超均匀填充转化为超均匀填充.实施我们的理论方法球镶嵌，我们建立了超均匀的经典Hashin-Shtrikman多尺度涂层球结构，具有最佳的有效传输和弹性性能。此外，我们的方法的可调谐性提供了新的无序超均匀两相材料的发现的希望。
2019-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disordered Hyperuniform Heterogeneous Materials
无序超均匀多体系统是介于晶体和液体之间的可区分的物质状态：它们像完美晶体一样抑制大尺度密度波动，但又像液体或玻璃一样统计各向同性，没有布拉格峰。这些系统在许多基础和应用问题中发挥着至关重要的作用：玻璃形成、堵塞、刚性、光子和电子能带结构、波和激发的局部化、自组织、流体动力学、量子系统和纯数学。系统.在这里，我们得到了新的严格的标准，无序超均匀两相异质材料必须遵守和探索他们的后果。两相非均质介质是普遍存在的，实例包括复合材料和多孔介质、生物介质、泡沫、聚合物共混物、颗粒介质、多孔固体和胶体。我们严格地建立了球填充是“多超均匀”的要求。“我们为自协方差函数及其相关的两相介质谱密度应用可实现性条件，然后将超均匀性作为约束条件，以导出新的条件。我们表明，一些功能形式可以立即从考虑中消除，并确定其他形式是允许的。具体的例子和反例进行了说明。接触是众所周知的微观结构模型以及不规则的相分离和图灵型图案。我们还确定了一个家庭的谱密度，可实现的无序超均匀两相介质在任何空间维度，并提出明确的建设。这些研究提供了深入了解无序超均匀性的性质在异质材料的背景下，并对设计这种新型的非晶材料的影响。
2016-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-hyperuniform metastable states around a disordered hyperuniform state of densely packed spheres: stochastic density functional theory at strong coupling
无序和超均匀的结构密集的球体附近和在干扰的特点是消失的长波长的密度波动，或等效的直接关联函数（DCF）的长程幂律衰减。我们专注于以前的模拟结果，表现出退化的超均匀性在拥挤的结构，同时保持了一定的长度尺度的DCF的长程性质。在这里，我们证明了场理论制定的随机密度泛函理论是相关的探索退化机制。发展了随机密度泛函理论的强耦合展开方法，得到了考虑间歇涨落的密堆积亚稳化学势。亚稳化学势产生亚稳DCF的解析形式，其在球内具有短程截止，同时保留长程幂律行为。它被证实，亚稳态DCF提供了结构因子的零波矢限制与以前的退化超均匀性的模拟结果定量一致。我们也可以预测出现软模本地化的粒子尺度插入到线性化的迪恩-川崎方程，一个随机密度泛函方程的亚稳态DCF。
2021-09-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A minimal statistical-mechanical model for multihyperuniform patterns in avian retina
鸟类以其极其敏锐的视觉而闻名。视网膜中五种不同类型的锥细胞的非常特殊的结构分布构成了这种精致的光采样能力的基础。最近发现，每个锥人口以及他们的总人口显示出无序的模式，其中长波长的密度波动消失。这种被称为超均匀性的特性也存在于完美的晶体中。在像鸟类视网膜这样的情况下，全局结构和每个组件的结构都显示出超均匀性，系统被称为多超均匀系统。在这项工作中，我们的目标是设计一个最小的几何力学模型，可以再现鸟类视网膜中的光感受器的空间分布的主要特征，即存在的障碍，多超均匀性和局部异质协调。最后一个特征是避免相同类型的光感受器的局部聚类的关键，这是光的有效采样的不期望的特征。为此，我们制定了一个简单的模型，明确表现出所需的结构特性，即等摩尔的三组分混合物（一个组件的样品每个原色，红色，绿色和蓝色）的非添加剂硬盘，其中一个长距离的对数排斥之间添加类似的颗粒。我们的理想化的光感受器系统的Voronoi分析表明，充满空间的Voronoi多边形有趣地显示出一个相当均匀的区域分布，对称地围绕着一个规则的晶格，结构特性也发现在人类视网膜。无序多超均匀性提供了一种替代方案，以产生具有最小长范围浓度和密度波动的感光体图案。这是克服缺乏晶体有序性的有效视觉系统的困难的关键。
2020-05-04 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Enhanced Pinning For Vortices in Hyperuniform Substrates and Emergent Hyperuniform Vortex States
无序超均匀性是一种物质状态，其具有各向同性的液体状性质，同时具有结晶状性质，例如在长距离上的密度波动变化很小。这种状态出现在鸡眼睛中的感光细胞包装，堵塞的粒子组件和非平衡系统中。一个悬而未决的问题是什么可能的应用可以利用超均匀性的特性。II型超导体应用的主要问题之一是如何通过防止涡旋的运动或去钉扎来实现高临界电流，因此人们对理解哪些钉扎位置几何形状将导致涡旋的最佳钉扎非常感兴趣。在这里，使用大规模的计算模拟，我们表明，在一个超均匀的钉扎安排的II型超导体中的涡流表现出增强钉扎相比，一个纯粹的随机安排钉扎网站的相同数量，增强是强大的在很宽的参数范围。更强的钉扎出现在超均匀阵列由于抑制钉扎密度波动，允许更高的引脚占用率和减少薄弱环节，导致容易流沟。我们还表明，在一般情况下，在无定形涡状态下，无论是随机或超均匀钉扎阵列的存在下，涡本身表现出无序的超均匀性，由于排斥性质的涡-涡相互作用。
2016-11-04 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Random Scalar Fields and Hyperuniformity
无序的多粒子超均匀系统是介于晶体和液体之间的奇异的无定形物质状态。超均匀系统由于具有新颖的输运和光学性质而引起人们的关注。最近，超均匀性概念被推广到描述标量场、两相介质和随机矢量场。在本文中，我们设计了显式构造超均匀标量场的方法。我们研究了高斯随机场产生的空间图案，它已被用来模拟微波背景辐射和异质材料，Cahn-Hilliard方程的spinodal分解，和Swift-Hohenberg方程已被用来模拟紧急斑图形成，包括Rayleigh-B{\' e}nard对流。我们证明了高斯随机标量场可以构造成超均匀的。我们还数值研究了旋节分解模式的时间演化，并证明这些模式是超均匀的标度制度。此外，我们发现，由Swift-Hohenberg方程产生的类高斯模式是有效的超均匀。我们表明，阈值的超均匀高斯随机场，以产生一个两相随机介质往往会破坏祖标量场的超均匀性。然后，我们提出了指导方针，以实现有效的超均匀两相介质来自阈值非高斯字段。我们的研究为新的研究方向铺平了道路，以表征物理，化学，生物学和生态学中出现的大结构空间模式。此外，我们的理论结果有望指导实验学家通过粗化过程和使用最先进的技术（如立体光刻和3D打印）合成具有新物理特性的新型超均匀材料。
2017-06-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium dynamic hyperuniform states
本文综述了非平衡系统中动态超均匀态的最新研究进展，涵盖吸收相变、非平衡流体及旋节分解相分离系统，揭示了非平衡物理与超均匀性的耦合。
2024-08-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disordered hyperuniform modulated phases and the cosmic web from one free energy
CNR-Istituto dei Sistemi Complessi（意大利国家研究委员会复杂系统研究所）；Dipartimento di Fisica, Universitá La Sapienza di Roma（罗马大学物理系）
本研究提出一个无可调耦合的自由能泛函，统一生成无序超均匀迷宫结构与宇宙网，揭示两者长波涨落继承自初始条件，且两扇区连续相连。
2026-09-14 cond-mat.stat-mech
Long-range order in two-dimensional systems with fluctuating active stresses
研究成对随机主动应力如何抑制二维弹性系统位移涨落，解析证明其可违背 Mermin-Wagner 定理实现长程有序与超均匀性，并通过顶点模型和主动圆盘模型验证了该机制。
2025-07-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Static Structural Signatures of Nearly Jammed Disordered and Ordered Hard-Sphere Packings: Direct Correlation Function
已知在硬粒子系统中，动态特征先于干扰，但静态结构特征已被证明更加难以捉摸。压缩硬颗粒填料对堵塞造成日益增长的超均匀性的观察铺平了道路，堵塞作为一个“倒临界点”的直接关联函数$c(r)$发散的分析。我们建立了$c(r)$和总关联函数$h(r)$的各种奇异性之间的定量关系，提供了一个具体的方法来识别必须在$c(r)$中表示的功能，如果一个人希望准确地再现对关联函数的细节。我们还分析了系统的三维单分散硬球的直径$D$，因为他们的方法有序和无序堵塞的配置。对于后者，我们使用Lubachevsky-Stillinger（LS）和Torquato-Jiao（TJ）填充算法，这两种算法都生成无序填充，但可以显示出明显的结构差异。我们确定了一个短期的缩放$c(r) \propto -1/r$作为$r \rightarrow 0$，并表明，这一点，随着发展中的三角洲功能在$c(D)$，是一个后果，越来越长的范围在$c(r)$。在冻结密度附近，我们确定了TJ和LS生成的配置之间的结构因子$S(k)$以及$c(r)$的定性差异，并将它们与协议的包装动力学差异联系起来。从这两种算法的结构因子，接近零的低波数限制的干扰接近，并显示出相应的幂律衰减$c(r)$大$r$的结果。我们的工作进展的概念，表现出静态签名硬颗粒包装，因为它们接近干扰，并强调了效用的直接关联函数作为一种手段，监测一个初期的刚性网络。
2016-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disordered multihyperuniformity derived from binary plasmas
无序多超均匀多粒子系统是异国情调的无定形状态，允许精致的颜色传感能力，由于其异常抑制的密度波动的不同子集的粒子，最近证明在光感受器镶嵌在鸟类视网膜。出于这一生物学发现，我们提出了第一个严格实现无序多超均匀多体系统的非添加剂硬盘等离子体的二元混合物中的相互作用调谐的螺旋力学模型。我们表明，multihyperuniformity竞争相分离和稳定的群集相。我们的工作提供了一个系统的方法来产生无序多超均匀固体，使人们能够探索其潜在的新颖的光子，声子，电子和输运性质。
2017-10-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Logarithmic entanglement growth in two-dimensional disordered fermionic systems
研究了具有势和键无序的二维自由费米子模型中纠缠熵$S_{\textrm{ent}}$随整体猝灭的增长。对于潜在的障碍的情况下，我们表明，存在一个中间弱本地化制度，其中$S_{\textrm{ent}}(t)$增长的时间$t$之前，安德森局域化设置。对于渗滤过渡附近的二元键无序的情况下，我们发现添加剂的对数修正面积和体积的法律，以及在很长一段时间内，这是一致的无限随机不动点的缩放。
2019-06-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Inherent Structures for Soft Long-Range Interactions in Two-Dimensional Many-Particle Systems
我们生成的固有结构，局部势能极小值，“$k$ -空间重叠势”在二维多粒子系统中使用冷却和淬火模拟技术。与$k$ -空间重叠电势相关联的基态是隐形的（{ \it，即，}完全抑制辐射在一定波长范围内的单次散射）和超均匀（{ \it即，}无限波长密度波动消失）。然而，我们通过定量指标表明，固有的结构表现出一系列的隐形性和超均匀性取决于受约束的自由度的分数。二维的固有结构通常包含五粒子环、波状晶界和空位间隙缺陷。固有结构的结构和热力学性质对它们被采样的温度相对不敏感，这意味着能量景观相对平坦，没有深井。使用轻推弹性带算法，我们构建从基态配置的固有结构的路径，并确定它们之间的过渡点。此外，我们使用的点模式产生的随机顺序添加（RSA）的硬盘，这是近隐形，并检查粒子重排所需的配置绝对隐形。我们引入了一个配置接近度，以表明只有小的本地，但集体，粒子重排需要驱动初始RSA配置隐形无序基态。这些结果导致一个更完整的理解所表现出的不寻常的行为的家庭的“集体协调”的潜力的$k$空间重叠潜力属于。
2011-04-29 cond-mat.stat-mech
Optimized Large Hyperuniform Binary Colloidal Suspensions in Two Dimensions
创造具有潜在非凡光学特性的无序超均匀材料需要合成大样品的能力，这些样品在纳米尺度下是有效超均匀的。出于这一挑战的动机，我们提出了一种使用限制在2D平面中的二元超顺磁性胶体颗粒的制造方案。由可调磁场诱导的强和长程偶极相互作用不受屏蔽效应的影响，该屏蔽效应衰减带电胶体系统中的长程静电相互作用。具体来说，我们找到了一个家庭的最佳尺寸比，使两相系统有效超均匀。我们表明，超均匀性是一个普遍的后果，低等温压缩，这使得我们的协议适用于其他长程软相互作用，维数和/或多分散性的系统。我们的方法为合成在可见光到红外范围内发挥作用的大型光子超均匀材料铺平了道路，因此可能会加速新型光子材料的发现。
2020-05-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
