Ewald summing irreducible components of flow around active particles
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
提出一种计算活动粒子周围流动不可约分量的Ewald求和方法，用于研究活性胶体悬浮液中的流体动力学相互作用。
2026-06-18 cond-mat.soft
Inferring activity from fluid flow in continuum models of active matter
Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院）
研究从活性物质连续体模型的流体流动推断活性的逆问题，利用深度学习制定广义流体动力学反演框架，应用于两个基石范式，通过流体流场动能谱推断模型参数，为模型推断和选择提供有原则的方法。
2026-07-23 cond-mat.soft
Spontaneous flows and dynamics of full-integer topological defects in polar active matter
自推进粒子的极性活性物质维持通过全整数拓扑缺陷的自发流动。我们从理论上研究了极性和偶极作用力对$\pm 1$缺陷周围流动剖面的影响，以及粘性和摩擦耗散存在下它们之间的相互作用。由主动应力引起的涡度在$+1$缺陷处是非零的，这有助于作用在缺陷上的主动扭矩。在数值模拟中观察到的水动力屏蔽（零摩擦）的情况下，预测近核心的流动逆转。虽然$\pm 1$缺陷是由于主动应力而自发流动的来源，但它们成为由极性主动力诱导的流动的汇。我们分析表明，由极性主动力引起的流速增加远离$\pm 1$缺陷的均匀远场，而其相关的涡度场衰减为$1/r$在远场。在摩擦为主的制度，我们表明，由极性主动力引起的流动增强缺陷对湮灭，并仅取决于一对相反电荷的缺陷相对于背景极化场的取向之间的取向。有趣的是，我们发现，这种湮灭动力学通过相互缺陷缺陷相互作用是距离无关的，在矛盾的偶极主动力的效果，衰减成反比的缺陷分离距离。因此，我们的分析揭示了一个新的，真正的长程机制的极性活性物质的相反电荷的拓扑缺陷的成对相互作用。
2023-03-13 cond-mat.soft
Flow patterns and defect dynamics of active nematics under an electric field
该研究通过数值模拟探究电场对二维活性向列相的影响，发现中等场强下流速及各向异性达最大，强场下出现成带态及与活性湍流的周期振荡，揭示了电场调控活性向列相流型与缺陷动力学的规律。
2023-05-20 cond-mat.soft
Shear flow induced isotropic to nematic transition in a suspension of active filaments
我们通过主动流体动力学方程[PRL { \bf 89}（2002）058101; { \bf 92}（2004）118101]研究了外部施加的剪切流对马达和细丝悬浮模型的影响。在没有剪切的情况下，{ \it both}极性和非极性活性颗粒的取向有序相在零波数下总是不稳定的。施加的稳定剪切大到足以克服主动应力稳定非极性和移动极性相。我们的工作是相关的{ \it在体外}研究的活性丝，再定向的内皮细胞受到剪切流和剪切诱导运动的附着细胞。
2006-10-01 cond-mat.soft
Robust boundary flow in chiral active fluid
我们在一个封闭边界的自旋转子主动手征流体系统上进行了实验。沿着边界，主动旋转的转子共同驱动单向材料流。我们系统地改变转子密度和边界形状;边界流在所有条件下都出现。流动强度最初随转子密度（用面积分数$ϕ$量化）增加，然后减小;峰值强度出现在密度$ϕ=0.65$附近。边界曲率起着重要的作用：在相同的约束条件下，凹边界附近的流动比平边界或凸边界附近的流动更强。我们的实验结果在所有情况下，可以再现的连续理论与单一的自由拟合参数，它描述了摩擦性质的边界。我们的研究结果支持的想法，在积极的手性流体的边界流拓扑保护，这种强大的流动可以用来开发新的功能材料。
2019-10-31 cond-mat.soft
Active nematics with anisotropic friction: the decisive role of the flow aligning parameter
我们使用连续模拟来研究各向异性流体动力摩擦对主动向列相的涌现流的影响。我们表明，根据是否活跃的粒子对齐或翻滚在其集体自诱导流，各向异性摩擦可以导致显着不同的运动模式。在一个流动对齐制度和高各向异性摩擦，否则混乱的流动被流线化到流动通道交替方向，复制实验的laning状态，已通过接口微管马达蛋白质混合物与近晶相液晶。然而，在流动翻滚的制度，我们发现，没有这样的laning状态是可能的。相反，摩擦各向异性和流动翻滚的协同效应可以导致出现与易流动方向成一定角度对齐并在整个域中一起导航的约束拓扑缺陷对。除了确认在实验中观察到的拉宁状态背后的机制，我们的研究结果强调的流动对齐参数在动态的活性向列相的作用。
2020-03-12 cond-mat.soft
Reconfigurable Flows and Defect Landscape of Confined Active Nematics
使用新的微印刷技术，我们开发了一个多功能的实验装置，使我们能够研究如何横向限制驯服的微管/驱动蛋白的活性流动和缺陷特性的主动peptide系统。我们表明，在不受约束的几何形状，决定该系统的自组织的有效长度尺度失去了强横向约束下的相关性。戏剧性的转变，观察到从混乱的涡晶格和无缺陷的单向流动。缺陷，这决定了积极的流动行为，产生和消灭的通道壁上，而不是在散装，并获得一个强大的取向秩序在狭窄的通道。它们的成核是由不稳定性，其波长有效地屏蔽了通道宽度。所有这些结果都在模拟中恢复，比较突出了边界条件的作用。
2019-03-05 cond-mat.soft
Competing routes to spontaneous flow in confined active nematics
University of Oxford（牛津大学）；Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）；Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院）
本文解析研究了受限活性向列相中自发流动的起始机制，揭示了长波长与有限波长两种竞争性不稳定性，并确定了有限波长不稳定性在低活性下先导致涡旋产生的条件。
2026-10-06 cond-mat.soft
Nematic liquid crystal flow driven by time-varying active surface anchoring
本文通过数值模拟研究了时变活性表面锚定驱动的向列相液晶流动，揭示了无净流动、振荡、稳态和脉动等多种流动状态，并阐明了锚定驱动方向、相对相位、盒厚和频率对流动的调控作用。
2024-12-31 cond-mat.soft
Active nematic defects in compressible and incompressible flows
本文研究了在有无不可压缩约束下主动流驱动下基底上主动薄膜的动力学行为，通过数值模拟和理论分析，我们发现主动薄膜在可压缩情况下是稳定的，而在不可压缩约束下则变得不稳定。对于可压缩流在足够高的活动，稳定的拱组织成一个近晶状的模式，这会导致相关的全球极性有序的$+1/2$的缺陷。相比之下，发散自由流动引起的局部的$+1/2$缺陷，由相邻缺陷的反对齐对，如在以前的研究中建立的顺序。
2022-10-28 cond-mat.soft
Spontaneous flow instabilities of active polar fluids in three dimensions
本研究通过三维活性埃里克森-莱斯利模型，揭示了边界条件如何选择活性极性流体的自发流动不稳定性模式，并解释了面内与面外失稳的机制。
2023-10-16 cond-mat.soft
Modulating hydrodynamic flow by modifying the active patch of a colloid
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育与研究学院）；Nvidia Graphics Pvt. Ltd（英伟达图形私人有限公司）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）
本文提出了一种模拟模型，研究布朗运动胶体周围流体流动场，通过改变活性区域大小生成不同流场，从而将被动布朗胶体转化为主动布朗粒子，同时开发了混合边界条件以模拟表面活性驱动的流体流动。
2026-05-18 cond-mat.soft
Self-organized flows break morphological symmetry in active/passive systems
Institute of Scientific Computing, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学科学计算研究所）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；Cluster of Excellence, Physics of Life, Technische Universität Dresden（德累斯顿大学生命物理卓越集群）
本研究通过自组织流揭示活性/被动系统中形态对称性的打破机制，并提出控制功能软材料形态的新方法。
2026-01-21 cond-mat.soft
Flow-induced phase separation of active particles is controlled by boundary conditions
活性颗粒，包括游动微生物、自泳胶体和液滴，已知在流体-固体边界处自组织成有序结构。颗粒在其自发流动的吸引部分中的夹带被假定为这种现象的可能机制。在这里，结合实验，理论和数值模拟，我们证明了这种流动诱导有序机制的有效性，在悬浮液中的活性乳液液滴。我们表明，该机制可以控制，与各种所得的有序结构，通过简单地改变流体动力学边界条件。因此，对于Hele-Shaw盒中的流动，通过改变盒的高度可以获得亚稳谱线或稳定的行波带。类似地，对于由平面限定的流动，形成动态微晶。在无滑移壁处，微晶的特征在于颗粒的连续面外通量，所述颗粒在微晶边缘处循环并重新进入，从而使其稳定。在切向应力消失的界面处，微晶是严格二维的，没有面外通量。我们合理化这些实验结果计算，在每种情况下，由液滴和耗散，远程，多体的主动力和扭矩之间产生的缓慢的粘性流。在主动力和力矩作用下的运动数值模拟结果与实验结果吻合良好。我们的工作阐明了流动诱导相分离（FIPS）在活性流体，特别是活性胶体悬浮液的机制，并证明其控制的边界，提出了新的路线，几何和拓扑现象的活性物质。
2018-04-29 cond-mat.soft
Active Nematic Multipoles: Flow Responses and the Dynamics of Defects and Colloids
提出活性向列多极子框架描述局域化畸变，通过基本流场响应的微分给出任意多极子的Stokesian流场，揭示了缺陷环和胶体系统的自动力学机制。
2023-01-31 cond-mat.soft
Driven shear flow in biological magneto-active fluids
本文利用趋磁细菌研究趋化性与趋磁性如何协同产生全局流动，并通过磁活性流体动力学模型定量描述稳态行为，揭示了多重外部信息下活性流体的响应机制与操控途径。
2025-07-18 cond-mat.soft
Characteristic features of self-avoiding active Brownian polymers under linear shear flow
本文通过布朗动力学模拟研究了剪切流与活性噪声下柔性线性聚合物的构象与动力学特性，发现活性噪声会显著改变其幂律标度指数，并使剪切诱导拉伸呈现先压缩后拉伸的非单调行为。
2023-11-20 cond-mat.soft
The role of fluid flow in the dynamics of active nematic defects
我们适应Halperin-Mazenko形式主义来分析二维主动向列相耦合到一个通用的流体流动。控制流体动力学方程导致的演化规律的拓扑缺陷和它们相应的密度场。我们发现，$\pm 1/2$缺陷是由当地的流体流动，并通过与流动剪切速率耦合的取向。在过阻尼和可压缩的限制，我们恢复了先前获得的主动自推进的+1/2缺陷。非局部流体动力学效应主要对不可压缩流动是重要的，对于不可压缩流动，不可能仅为了局部缺陷极化而消除流体速度。对于电荷相反的两个缺陷的情况下，非局部流体动力学相互作用介导的非互易的压力梯度力。最后，我们推导出耦合到任意（可压缩或不可压缩）流体流的缺陷气体的连续方程。
2020-12-05 cond-mat.soft
Active suspensions have non-monotonic flow curves and multiple mechanical equilibria
我们指出了非常规的机械性能的限制活性流体，如细菌悬浮液，剪切。使用一个极小模型，没有自由参数的活性液晶，我们预测存在的细菌浓度的窗口，有效的悬浮液的\textit{E.~Coli}的行为，在稳态下，作为一个负粘度流体，并达到定量与实验测量的协议。我们的理论分析进一步表明，一个负的表观粘度是由于一个非单调的局部速度分布，并与一个非单调的应力-应变率流动曲线。这意味着，固定应力和固定应变率合奏是不等价的活性流体。
2019-10-05 cond-mat.soft
Dynamics of a deformable active particle under shear flow
从理论上探讨了线性剪切流中可变形主动粒子的运动。基于对称性的考虑，在两个空间维度，我们提出了耦合的非线性动力学方程的粒子的位置，速度，变形和旋转。在我们的模型中，被动旋转所引起的剪切流以及主动旋转运动，被考虑在内。我们的方程减少到已知的模型在两个极限的消失剪切流和消失颗粒变形。对于不同的剪切速率和颗粒推进速度，我们数值求解方程，并获得了不同的动力学模式，包括主动直线运动，周期运动，波动摆线上的运动，缠绕运动，以及准周期和混沌运动在高剪切速率诱导的流形。运动的类型由实空间轨迹和粒子取向及其变形的动力学行为中的不同特征来区分。我们的预测可以在实验中验证自推进液滴暴露于线性剪切流。
2013-08-21 cond-mat.soft
Regulated polarization of active particles in local osmotic flow fields
本研究通过热泳排斥与热渗透吸引的平衡，实现活性粒子在局部渗透流场中的受调控极化，且极化与热源温度无关，可推广至其他活性系统。
2024-12-14 cond-mat.soft
The geometry of thresholdless active flow in nematic microfluidics
“活性向列相”是定向有序但非极性的流体，其由相互作用的组分组成，所述相互作用的组分由内部能量源单独供能。当活性超过系统大小依赖的阈值时，空间均匀的活性非极性流体经历流体动力学不稳定性，导致自发的宏观流体流动。在这里，我们表明，一类特殊的空间不均匀配置的这种活性非极性流体显示层流（即，时间无关）流，甚至对于任意小的活动。我们还表明，非零高斯曲率的表面上限制的二维主动向列必须经历一个非零的主动力。这个一般性结论来自微分几何的一个关键结果：测地线必须在具有非零高斯曲率的曲面上收敛或发散。我们推导出的条件下，这种曲率引起的主动力产生“无阈值流”的二维曲壳。然后，我们扩展我们的分析散装系统，并显示如何诱导无阈值的主动流通过控制曲率的限制表面，外部字段，或两者兼而有之。由此产生的层流场的分析确定在三个实验可实现的配置，解释这种普遍现象：i）与平面对齐的环形壳，ii）与非平面边界条件的圆柱体，和iii）一个“弗雷德里克细胞”的功能像一个泵没有移动部件。我们的工作提出了一个强大的主动微流控芯片的设计策略，并可以与最近发现的“活液晶“进行测试。
2017-01-12 cond-mat.soft
Oscillatory chiral flows in confined active fluids with obstacles
一个活跃的胶体流体组成的自我推进的自旋粒子注入能量和角动量在微观尺度上展示了自发的集体状态，范围从羊群相干涡旋。尽管它们看起来很简单，但这些流体的远离平衡的行为仍然知之甚少，这对下一代活性材料的设计和控制提出了挑战。当被限制在环中时，一旦自发流动选择了方向，这种所谓的极性活性流体就获得了手性。在一个完美的环中，这种手性是无限长的。在这里，我们结合实验的自推进胶体昆克辊和介观模拟的连续Toner-Tu方程，探索如何这样的手征状态可以控制和操纵的障碍。对于不同的障碍物几何形状的三个动态稳定状态已被实现：长寿命的手征流，非极性状态，其中的流分裂成反向旋转的涡流和非常规的集体状态与流具有振荡的手征。通过在障碍物附近形成间歇性的涡旋链，进行手性反转。我们证明了具有振荡手征性的集体态的频率可以通过障碍物参数来调节。我们通过改变障碍物的形状来设计与初始条件无关的手征态。基于我们的研究结果，我们实现了一个系统，两个三角形的障碍物，迫使活性流体的状态与密度不平衡的活性粒子在整个环。我们的研究结果表明，如何自发极性活性流结合散射体的大小和几何形状可以用来控制材料设计的极性活性液体的动态图案。
2020-10-27 cond-mat.soft
Rheology of active polar emulsions: from linear to unidirectional and unviscid flow, and intermittent viscosity
用格子玻尔兹曼方法研究了由极性活性组分和各向同性被动流体组成的乳状液的流变行为。通过改变剪切速率和伸展活性（例如，在微管马达悬浮液中）。通过增加活动，第一个过渡发生从线性流政权自发的持续单向宏观尺度流，其次是另一个过渡到（低剪切）间歇性流政权与共存的状态，积极的，消极的，和消失的表观粘度，或（高剪切）对称剪切稀化制度。不同的行为可以解释在靠近墙壁的极化场的动力学。最大熵产生原理选择间歇状态中最可能的状态。
2019-09-25 cond-mat.soft
Steady-state hydrodynamic instabilities of active liquid crystals: Hybrid lattice Boltzmann simulations
我们报告的混合格子玻尔兹曼（HLB）模拟的流体动力学的活性液晶夹在限制壁与各种锚定条件。我们确认存在一个被动相和主动相之间的过渡，其中有自发流动的稳定状态。在流动取向液晶的情况下，对于足够“可伸展”的棒，以及对于流动翻滚材料的情况下，对于足够“可收缩”的棒，可以实现这种转变。在一个准一维的几何形状，在流动对齐材料的活动阶段的深处，我们的模拟给出了滞后和历史相关的稳定状态，以及自发带状流的证据。相反，流动翻滚的材料会重新排列，只有两个边界层处于稳定状态。具有周期性边界条件的二维模拟显示了额外的不稳定性，自发流动表现为由“对流卷”组成的模式。这些结果表明一个显着的丰富性（包括依赖于锚定条件）的活性材料的稳态相行为，即使在没有外部强迫，他们没有对应的被动向列相。我们的HLB方法，它结合了格子玻尔兹曼的动量输运与有限差分格式的序参量动力学，提供了一个强大的和有效的方法，用于探测复杂的流体动力学行为的活性向列相。
2007-08-15 cond-mat.soft
Edge slip stabilizes confined active vortices by suppressing localized instabilities
School of Physics, Northwest University（西北大学物理学院）；Peng Huanwu Center for Fundamental Theory, Shaanxi Key Laboratory for Theoretical Physics Frontiers, Northwest University（西北大学彭桓武理论物理中心，陕西省理论物理前沿重点实验室）
通过连续模型和线性稳定性分析，发现增加滑移速度可抑制局部不稳定性，从而稳定受限活性向列系统中的稳态涡旋。
2026-06-09 cond-mat.soft
Perturbing Dynamics of Active Emulsions and Their Collectives
该研究通过在活性液滴中嵌入可被流动定向、又可反向重导流动的各向异性磁性簇，实现对趋化乳液推进、手性运动及集体行为的可控调节。
2024-05-09 cond-mat.soft
Helical Flow States in Active Nematics
本研究发现三维通道内的伸长型活性向列相会自发形成双螺旋辫状流与反向旋转涡旋串列两种非零螺旋度自组织流态，揭示了活性流体打破对称性、构建复杂有序三维时空结构的能力。
2022-06-18 cond-mat.soft
Spontaneous Flows and Quantum Analogies in Heterogeneous Active Nematic Films
本研究探讨了异质活性向列薄膜的自发流动转变，发现其与薛定谔方程解存在类比，活性梯度和阶跃可改变流动特性，并影响生物过程。
2024-11-05 cond-mat.soft
Flow states of two dimensional active gels driven by external shear
本文用最小流体动力学模型和有限元模拟研究二维活性凝胶在外剪切下的流动态，揭示剪切对伸展/收缩体系稳定性的相反作用及多种非线性状态。
2023-07-24 cond-mat.soft
Controlling effective dispersion within a channel with flow and active walls
通道是从生物物理学到软机器人技术的基本组成部分，通常用于运输或分离溶质。由于溶质粒子不可避免地通过分子扩散在沿着通道的流线之间横向移动，溶质沿着通道的有效扩散被增强-一种被称为泰勒色散的效应。在这里，我们研究如何在不同的设置中抑制或增强泰勒色散效应。具体而言，我们研究了流动剖面和活动或脉动通道壁对泰勒色散的影响。我们推导出封闭的解析表达式的有效色散方程在所有考虑的情况下，提供动手的有效色散参数，为众多的应用。特别是，我们发现，活跃的通道壁可能会导致三种制度的分散：无论是分散减少熵减慢在小的Peclet数，或分散增加在大的Peclet数占主导地位的穿梭分散或泰勒分散。这提高了我们对溶质转运的理解，例如在生物活性系统如血流中，并开辟了许多可能性来控制人工系统如软机器人中的溶质转运。
2019-11-19 cond-mat.soft
Complex flow profiles in microscopic active crystals
该研究构建圆形受限活性滚动粒子微晶实验平台，结合活性流体动力学模型与自推进FK模型，揭示可公度静态与不可公度自滑动状态间的周期性粘滑、流动反转及活性熔化现象。
2023-11-07 cond-mat.soft
Spontaneous flow states in active nematics: a unified picture
活性液晶的连续流体动力学模型已被用来描述动态自组织系统，如细菌群和细胞骨架凝胶。这种模型的一个关键预测是存在的自稳定扭结状态，自发地产生准一维通道中的流体流动。使用简单的稳定性参数和数值计算，我们扩展了以前的研究，给出了一个完整的表征的相空间的收缩和伸展的颗粒（即拉和推）移动在一个狭窄的通道作为其流动对齐性能和初始取向的函数。这给出了一个框架，统一的文献中的许多结果。我们描述的扭结状态施加剪切的响应，并调查如何允许系统的极性修改其动力学行为。
2008-11-21 cond-mat.soft
Role of interfacial friction for flow instabilities in a thin polar ordered active fluid layer
我们构建了一个通用的粗粒度动力学薄的不灵活的平面层的极性有序悬浮的活性粒子，这是一个嵌入的各向同性被动流体介质的摩擦系数$Γ$耦合。由$Γ$控制，我们的模型提供了一个统一的框架来描述各种薄的极性有序系统的长波长行为，从{ \em湿}到{ \em干}活性物质和独立的活性膜。围绕一个选定的取向有序的统一参考状态的线性不稳定性的调查揭示了系统中的通用的运动和静态不稳定性，可以敏感地依赖于$Γ$。基于我们的结果，我们讨论了实验可及系统中$Γ$上界的估计。
2015-10-20 cond-mat.soft
Friction mediated phase transition in confined active nematics
本文通过最小连续介质模型研究了受限活性向列相中圆形约束与基底摩擦的相互作用，发现随摩擦增加系统发生从环流相到各向异性流相的动力学相变，证明摩擦与几何约束是活性向列相的重要控制参数。
2023-10-25 cond-mat.soft
Bubble-Driven Flow Transitions in Evaporating Active Droplets on Structured Surfaces
Raman Research Institute（拉曼研究所）
本研究探讨了在结构化表面上蒸发活性液滴时，气泡驱动流与基底地形对粒子沉积模式的影响。
2025-11-27 cond-mat.soft
Generalized Navier-Stokes equations for active suspensions
我们讨论了不可压缩的纳维-斯托克斯方程的一个最小推广来描述主动悬浮液中的溶剂流动。为了解释现象学的存在下，驱动周围的流体流动的一个积极的组成部分，我们假设一个通用的非局部扩展的应力张量，概念上类似于最近推出的颗粒介质流。稳定性和频谱特性的水动力模型进行了研究分析和数值的二维（2D）的情况下，周期性的边界条件。这种动量守恒理论的未来推广可能有助于量化主动悬架的剪切性能。
2015-04-08 cond-mat.soft
Active dry granular flows: rheology and rigidity transitions
采用离散元法（DEM）数值模拟研究了由硬颗粒组成的自推进摩擦密相颗粒流的本构关系。我们表明，流变学，其中涉及的动态摩擦$μ$和体积分数$ϕ$的惯性数$I$，取决于一个无量纲数$\mathcal{A}$，其中比较的主动力的围压。两个液体/固体的转变-在麦克斯韦刚性的意义上-观察。一旦启动活性，填料就变成一种“活性固体”，其平均颗粒接触数大于等静压值。$μ$和$ϕ$的准静态值随着$\mathcal{A}$的增加而减小。在活性$\mathcal{A}_t$的一个有限值，对应于均衡条件，第二个“主动刚性过渡”被观察到超过该准静态值的摩擦消失和流变学成为牛顿。对于$\mathcal{A}>\mathcal{A}_t$，我们提供了一个高度间歇性的动态的这种“活跃的流体”的证据。
2016-11-14 cond-mat.soft
Active nematic pumps
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Institute of Nanoscience and Nanotechnology, IN2UB, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学纳米科学与技术研究所）；Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas（巴西物理研究中心）；Centro de Física Teórica e Computacional, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院理论与计算物理中心）；Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院物理系）；Institute for Bioengineering of Catalonia, The Barcelona Institute for Science and Technology（加泰罗尼亚生物工程学院，巴塞罗那科学技术研究院）
本文通过实验与模拟结合，展示在主动取向凝胶中加入三角形掺杂物可局部打破主动湍流的前后对称性，稳定具有自泵能力的流场，实现无壁自供电微流体系统。
2025-05-19 cond-mat.soft
Activity-driven sorting, approach to criticality and turbulent flows in dense persistent active fluids
研究发现稠密持久自推进活性流体通过速度与活性力分选趋近临界态，并在大尺度下形成动态宏观空洞，进而产生新型湍流。
2025-08-30 cond-mat.soft
Taming active turbulence with patterned soft interfaces
活性物质包括在不同长度和时间尺度上自组织的系统，通常表现出湍流。在这里，我们使用一个准二维向列有序层的蛋白质为基础的活性凝胶实验证明，几何形状的活跃的流量，其特征在于通过统计分布的涡流大小，可以可逆地修改。为此目的，活性材料与热致液晶接触制备，该热致液晶的层状近晶-A相以各向异性域的晶格平铺水/油界面，所述各向异性域的晶格以圆形易流动方向为特征。活性流，这是由丝状活性材料内的抛物线褶皱的运动产生的，变得有效地限制到与下面的近晶-A域注册的循环涡流中。基于拓扑参数应用到圆形限制，连同众所周知的活性材料的属性，我们表明，活性流的结构是由一个单一的固有长度尺度。这种长度尺度的作用，从而重新出现从设置衰减长度的指数涡的尺寸分布的自由湍流制度，以确定最小尺寸的循环涡具有无标度的幂律。我们的研究结果表明，软约束提供了一个宝贵的工具来探测有源材料的固有长度和时间尺度，并为进一步探索主动和被动二维湍流之间的异同铺平了道路。
2016-11-19 cond-mat.soft
Active nematics with deformable particles
本文将细胞形状可变形性引入活性向列相连续介质理论，揭示圆形细胞需克服弹性势垒才能驱动组织尺度流动，并发现超阈值后系统呈现细长细胞强流动区与各向同性静止区共存的动力学稳态。
2023-08-13 cond-mat.soft
Active nematic flows confined in a two dimensional channel with hybrid alignment at the walls: a unified picture
当活动足够强烈时，局限在狭窄通道中的活动流体会产生自发流动。最近，它表明，如果在通道壁的分子锚定是冲突的流动开始，即使在零活性极限。在简化的线虫流体动力学模型中推导出该特定配置的分析层流速度分布，其中向列型序参量是固定大小的单位矢量n。在这项研究中，我们探索系统的活动流在这个封闭的几何形状与一个更一般的理论模型，使用二阶张量序参量Q来表达的幅度和方向的的相位。Q模型允许存在缺陷和双轴，除了单轴，分子排列。我们的目标是提供一个统一的图片，超越了以前探索的限制制度，作为潜在的微流体应用的指导。我们揭示了如何向列流耦合不仅依赖于几何约束，但也高度敏感的材料和流动参数。我们特别强调的活动和流动对齐参数所发挥的关键作用，我们表明，解决方案取决于两个无量纲参数。我们发现，对于大值的活动参数的流动被抑制收缩颗粒，而持续或抑制的可伸展颗粒取决于它们是否倾向于对齐或翻滚时，受到剪切。我们解释这些不同的行为的参数的基础上的稳定性分析的结果应用到简单的配置。最后，我们提供了一个数值例子的双轴三维无阈值的主动流，我们表明，双轴性是特别相关的弱一阶各向同性的相变。
2021-10-31 cond-mat.soft
Active-hydraulic flows solve the 6-vertex model (and vice versa)
本文通过将胶体活性流体限制在微通道网络中，证明了其简并流与六顶点模型构型存在定量对应关系，并据此提出预测任意网络中活性-液压流几何形状的通用框架。
2024-10-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Boundaries control active channel flows
边界条件决定了流体（包括液晶）在泵送通过通道时如何流动。边界条件也可以用来控制自发产生流动的内部驱动的活性流体吗？通过使用数值模拟和稳定性分析，我们探讨了如何在边界和衬底阻力的表面锚定的活性剂可以用来纠正相干流动的活性极性流体在2D通道。在增加活动，获得一系列的动态状态，从层流涡流阵列，最终湍流，控制的流体动力学屏蔽长度和外推长度之间的相互作用量化的锚定强度的取向序参量。我们强调了对称性在流动和秩序中的关键作用，并表明具有净吞吐量的相干层流仅可能用于弱锚定和中间活动。我们的工作表明，控制的性质和性能的活动流在一个通道中，简单地通过图案的限制边界的可能性。
2022-05-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase Separation Driven by Active Flows
本文扩展活性向水动力学连续统理论建立双流体耦合模型，发现活性向列流体与各向同性流体混合时发生由活性锚定和浓度梯度驱动的活性流动相互作用导致的微相分离，结果与细胞分选及脂质筏形成相关。
2023-08-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Persistent fluid flows defined by active matter boundaries
生物系统通过活性蛋白质结构（包括鞭毛、纤毛和细胞骨架网络）的自组织来实现对周围流体的精确控制。在活性结构中，单个蛋白质消耗化学能以分子长度尺度产生力和运动。蛋白质组分的自组织使得能够在微米尺度上控制和调节流体流场。组织和控制活性物质驱动的流体流动的物理原理知之甚少。在这里，我们应用一个光学控制的活性物质系统组成的微管细丝和光开关驱动蛋白马达分析持续流场的出现在一个模型活性物质系统。利用光，我们形成不同形状的收缩微管网络。我们分析了由各种微管网络几何形状产生的流体流场，并在统一的理论框架内解释了由此产生的流场。我们具体证明了收缩微管网络边界处的微管通量的几何形状通过有限元模拟预测了多边形网络几何形状的稳态流体流场。我们的工作提供了一个基础编程的微观流体流动与可控的活性物质，并可以使通用和动态的微流体装置的工程。
2020-09-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Cellular dynamics emerging from turbulent flows steered by active filaments
提出含两个张量序参量的连续介质理论，揭示活性丝束流动排列参数如何调控上皮细胞层的活性湍流、细胞取向及拓扑缺陷运动。
2025-01-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Stochastic cycle selection in active flow networks
活跃的生物流动网络遍布自然界，跨越了广泛的尺度，从人类的动脉血管和支气管粘液运输到细菌通过多孔介质的流动或黏菌中的疟原虫穿梭流。尽管它们无处不在，但人们对这种非平衡网络中支配流量统计的自组织原则知之甚少。在这里，我们连接的概念，从格场论，图论和转移率理论，以了解拓扑结构如何控制动态的一般模型，积极驱动流的网络。我们的理论和数值分析相结合，确定了基于规则，使人们有可能分类和预测的选择统计复杂的流量周期从网络拓扑结构。这里开发的概念框架适用于广泛的一类非生物远离平衡网络，包括主动控制的信息流，并建立了一个新的对应关系，主动流网络和广义冰型模型。
2016-07-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Coexistence of active and hydrodynamic turbulence in two dimensional active nematics
在主动液晶中，活动能够驱动混沌时空流，称为主动湍流。通过理论和实验工作，主动湍流被表征为低雷诺数现象。我们表明，在二维，单独的主动强迫是能够触发流体动力学湍流导致的共存的主动和惯性湍流。这种类型的流动发展为足够活跃和可延伸的流动对齐向列相。我们观察到，一个extensile的小的和大的值的流动对齐参数的组合效果导致的弹性能谱，促进能够触发逆能量级联的动能的增长扩大。
2022-10-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spontaneous flows in active smectics with dislocations
本文构建二维活性近晶相流体动力学理论，揭示位错运动性可引发从静止到湍流的一阶流动转变，区别于传统剪切不稳定性。
2024-05-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Submersed Micropatterned Structures Control Active Nematic Flow, Topology and Concentration
流动和材料性质之间的耦合赋予流变学物质广泛的适用性，因此激发了利用活性流体的流变学的兴趣，其中内部结构和连续能量注入导致自发流动和复杂的非平衡动力学。我们提出并证明了一个方便的，高度可调的方法控制流动，拓扑结构和活性膜内的组合物。我们的方法通过在薄的下层油层内间接存在完全浸没的微图案化结构来建立流变耦合。模拟结果表明，微图案化的结构产生有效的虚拟边界内的superjamming活性的粘性耗散作为深度的函数，由于差异。这种将位置依赖性的有效耗散应用于活性膜的可访问方法为工程化活性微流体系统提供了非侵入性途径。
2021-09-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Coupling Turing stripes to active flows
我们数值求解的主动线虫流体动力学运动方程，耦合到图灵反应扩散模型，研究的效果，主动对流条纹图案造成的图灵不稳定性。如果整个系统的活动是均匀的，当来自主动平流的通量与来自反应扩散过程的通量相平衡时，图灵斑图就会分解。如果活动与图灵形态发生剂的浓度相耦合，并且相邻的条纹具有相等且相反的活动，则系统自组织成剪切流的模式，条纹倾向于断裂并向旁边滑动以加入它们的邻居。我们讨论了主动不稳定性在控制这些极限之间的交叉中的作用，我们的结果与生物系统中的机械化学耦合有关。
2021-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
