Emergent spatial structures in flocking models: a dynamical system insight
我们证明了极性活性物质的流体力学理论一般具有非齐次行波解。我们引入一个统一的动力系统框架，建立这些固有的非线性图案的形状，并表明它们对应于迄今为止在实验和数值模拟中观察到的：周期性密度波，和孤子带，或极性液滴都巡航在各向同性相。我们阐明了它们各自的多重性和相互关系，以及它们的存在领域。
2014-06-25 cond-mat.soft
Motility-Induced Pinning in Flocking System with Discrete Symmetry
University of Seoul（首尔大学）
研究揭示了在具有离散对称性的自驱动粒子系统中，运动诱导钉扎相变现象，通过蒙特卡洛模拟发现中间对齐相互作用强度下，极序呈现短程空间和时间特性，界面因粒子运动而钉扎，提出解析理论解释钉扎界面生长动态。
2024-09-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dense polar active fluids in a disordered environment
我们研究了淬火无序对致密极性活性物质群聚跃迁的影响。我们考虑不可压缩系统的活性粒子对齐相互作用下的效果，无论是淬火随机力或随机稀释。该系统表现出连续的无序有序（植绒）过渡，和相关的标度行为所描述的一个新的普适类，这是由淬火Navier-Stokes不动点控制。我们通过微扰重整化群分析确定临界指数。我们证明了淬火无序的两种形式，随机力和随机质量（稀释），属于同一普适类，在平衡的情况相反。
2022-03-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disordered Yet Directed: The Emergence of Polar Flocks with Disordered Interactions
Imperial College London（帝国理工学院）；Sorbonne Université（索邦大学）
本研究提出一个带淬火无序耦合的自推进粒子模型，发现增加耦合方差可促进极性有序，即使多数耦合反排列也能形成集群相，活性通过局部聚集和自组织减少挫败。
2026-09-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic Equations for Flocking Models without Velocity Alignment
集体运动模式的自发出现通常与调节运动个体之间相互作用的速度调整机制的存在相关联。尽管有这种普遍的观点，但最近已经表明，在没有速度对齐的情况下，以及由于视锥内作用的短程、基于位置的吸引力，可以出现几种群集行为。在这里，我们推导出相应的流体动力学方程的微观位置为基础的植绒模型，回顾和扩展以前报道的结果。特别是，我们表明，可以观察到三个不同的宏观集体行为：i）粗化的聚集体没有取向顺序，ii）出现静态的，细长的带状，和iii）形成移动的，局部极性结构，我们称之为蠕虫。推导出的流体动力学方程表明，通过基于位置的相互作用的活性粒子相互作用属于一个不同的类的活性系统从根本上不同于其他活性系统，包括速度对齐的植绒系统。
2019-12-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Minimal mechanism for flocking in phoretically interacting active particles
本文提出了一种在低到中等密度下，由化学排斥扭矩维持的活性胶体粒子聚集转变机制，揭示了维持全局极性序的最小要求，并通过流体动力学稳定性分析验证了基于粒子模拟中观察到的聚集态失稳转变。
2025-10-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flocking Beyond One Species: Novel Phase Coexistence in a Generalized Two-Species Vicsek Model
Imperial College London（帝国理工学院）
本文研究了一种通用双物种Vicsek模型，发现反向对齐相互作用可促进相分离和全局极性秩序的形成，揭示了新的微相分离机制，并推广到多物种系统。
2026-09-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topological Sound and Flocking on Curved Surfaces
曲面上的主动系统在现实生活中是普遍存在的。在曲率的存在下，取向有序的极性群被迫是不均匀的，往往需要存在拓扑缺陷，即使在稳定状态下，由于底层表面的拓扑结构所施加的约束。在存在自发流动的情况下，该系统还支持长波长传播的声音模式，该模式被底层基板的曲率所间隙。我们分析计算的稳态配置文件的两个球体和悬链上的一个积极的极群，并表明曲率和积极的流量一起导致对称性保护的拓扑模式，得到本地化的表面上的特殊测地线（赤道或颈部分别）。这些模式是电子量子霍尔系统中边缘态的模拟，并为群中的信息传输提供单向通道，对无序和反向散射具有鲁棒性。
2017-09-12 cond-mat.soft
Mesoscopic theory of flocking with alignment and antialignment copying
School of Physics and Astronomy, Yunnan University（云南大学物理与天文学院）
本文研究了集体运动的随机模型，通过成对对齐或反对齐复制互动更新个体方向，推导了精确的介观描述，并验证了竞争性复制规则和内在噪声对集体动态的影响。
2026-10-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Inertia drives a flocking phase transition in viscous active fluids
一群定向的可伸展游泳者必须游多快才能逃脱粘性主动悬浮液的不稳定性？我们发现，答案在于无量纲的组合$R=ρv_0^2/2σ_a$，其中$ρ$是悬浮液的质量密度，$v_0$的游泳速度和$σ_a$的主动应力。线性稳定性分析表明，对于小的$R$扰动增长率线性波数$q$，占主导地位的不稳定模式涉及扭曲。在我们的数值研究中得到的稳定状态是各向同性的刺猬缺陷湍流。超过第一个阈值$R$的顺序统一，我们发现一个较慢的增长率，$O(q^2)$ ;数值观察到的稳定状态是{ \it相湍流}：噪音，但平均{ \it对齐}。我们提出的数字证据在三维和二维的惯性驱动的植绒过渡是连续的，与增长的相关长度接近过渡。对于大得多的$R$，我们发现一个对齐的状态线性稳定的扰动在所有$q$。我们的预测应该可以在中尺度游泳者的悬浮液中进行测试[D Klotsa，Soft Matter \textbf{15}，8946（2019）]。
2021-11-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Flocking in Binary Mixtures of Anti-aligning Self-propelled Particles
本文研究反对齐自推进粒子二元混合物，发现排斥性局部相互作用可产生全局极性有序，并通过玻尔兹曼散射理论实现定量预测，揭示大体系中的微相分离与斑块条纹图案。
2023-04-11 cond-mat.soft
Hydrodynamic Theory of Flocking in the Presence of Quenched Disorder
分析了淬（冻）态取向无序对活性粒子集体运动的影响。我们发现，退火无序（朗之万噪声），积极的极性系统是更强大的淬火无序比他们的平衡同行。特别是，长范围顺序（即，非零平均速度（$\langle {\bf v} \rangle$）的存在即使在空间维度$d=3$中也在淬火无序的存在下持续，而在平衡系统中，它甚至被$d \le 4$中的任意弱无序破坏。此外，在$d=2$中，准长范围顺序（即，空间速度相关性随距离按幂律衰减）发生在存在淬火无序时，这与在平衡中唯一能存活的短程有序相反。二维和三维的模拟证实了这些预测。
2018-05-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonreciprocity as a Generic Mechanism for Demixing in Flocking Mixtures
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPI-DS)（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Laboratoire Charles Coulomb (L2C), Univ. Montpellier, CNRS（夏尔·库隆实验室（L2C），蒙彼利埃大学，法国国家科学研究中心）
该研究揭示了非互易性在 flocking 混合物中通过破坏有序相导致分层的通用机制，通过数值模拟和连续方程分析，展示了非互易性引发的结构形成与物种分离现象。
2026-02-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flocking Transition in Confluent Tissues
集体细胞迁移是重要的生物学过程的基础，如胚胎发育、伤口愈合和癌症侵袭。虽然单细胞运动的许多方面现在已经很好地建立起来，但导致粘性细胞群移位的机制仍然知之甚少。为了阐明机械敏感细胞集体迁移的出现，我们研究了融合组织的自推进Voronoi（SPV）模型，该模型具有方向反馈，该方向反馈将细胞的极化与其局部迁移速度对齐。虽然形状和运动性是已知的，以调节密度无关的液体-固体在组织中的过渡，我们发现，对齐的相互作用促进集体运动，促进凝固。我们的模型再现了在堵塞的上皮细胞单层中观察到的行为，这些上皮细胞单层通过加入内吞蛋白RAB 5A来解除堵塞，该内吞蛋白RAB 5A通过诱导大规模连贯的迁移模式和局部流化来促进细胞运动。
2017-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Beyond Dry Flocking: Shape-Dependent Hydrodynamic Alignment
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Indian Institute of Technology Ropar（印度理工学院罗帕尔分校）
该研究发现形状依赖的流体动力学相互作用会影响自推进泳动体的对齐，通过实验和反应-扩散模型揭示了其有序-无序转变规律，或对生物集群有重要意义。
2026-10-09 cond-mat.soft
Spatially patterned phases in a reaction-time-symmetry-broken model of flocking
本研究提出一种带索引排序更新规则的类Vicsek延迟取向相互作用集群模型，发现极性集群相深处存在空间图案化横向速度的新相变，其稳定性与慢弛豫索引排序场的空间组织相关，揭示时间不对称对活性物质集体行为的重要影响。
2025-05-15 cond-mat.soft
Collective motion of Active Brownian Particles with polar alignment
我们提出了一个全面的计算研究的集体行为出现的竞争之间的自推进，排除体积相互作用和速度对齐的二维模型的活性粒子。我们考虑主动布朗粒子模型的扩展，其中粒子的自推进方向与它们的邻居之一对齐。我们分析了集体运动（群集）在低密度制度（10%的表面积）的发病，并表明，它主要是由速度对齐相互作用的强度控制：自推进和拥挤效应之间的竞争在群集的出现中起着次要的作用。然而，在群集阈值以上，系统呈现比没有对准相互作用（活性布朗粒子）或排除体积效应（类Vicsek模型）的类似模型更丰富的斑图形成场景。取决于参数制度，系统的结构的特征在于有限大小的极性团簇的广泛分布，或者存在无定形的、高度波动的、大规模的移动结构，其可以采取通道状或带状形式（并且通常是介于两者之间的混合结构）。我们建立了一个相图，总结极性主动布朗粒子的集体行为，并提出了一个通用的机制来描述的复杂性的大尺度结构中观察到的排斥性自推进粒子系统。
2018-01-04 cond-mat.soft
Hydrodynamic theory of flocking at a solid-liquid interface: long range order and giant number fluctuations
我们建立了固液界面相干集体运动（“群集”）的流体力学理论。极性序参量和“主动”（自推进）颗粒的集合在被动、各向同性的体相流体和固体表面之间的平面界面处的浓度动态地耦合到体相流体。我们发现，这样的系统是稳定的，并具有长程取向顺序，在很宽的参数范围内。当稳定时，这些系统表现出“巨大的数字波动”，即，在一个固定的大区域内，活性粒子数量的大波动。具体而言，这些数量波动随着区域内平均数的$3/4$次幂而增长。稳定的系统还表现出悬浮在被动流体中的标记颗粒沿着平行于固液界面的平面中的任何方向的异常快速扩散，而沿着垂直于该平面的方向的扩散率是非异常的。在其他参数区域，系统变得不稳定。
2021-06-25 cond-mat.soft
Banded phases in topological flocks
本文用GPU加速的百万粒子Voronoi-Vicsek模拟研究拓扑群集相变，观测到有序与无序相的稳定共存，证明其在热力学极限下为不连续一级相变。
2024-09-08 cond-mat.soft
From Global Flocking to Local Clustering: Interplay between Velocity Alignment and Visual Perception of Active Particles
Department of Physics and Astrophysics, University of Delhi（德里大学物理与天体物理学系）；Department of Physics, University of Calcutta（加尔各答大学物理系）；Laboratoire de Physique Théorique et Modélisation, UMR 8089, CY Cergy Paris Université（CY塞尔吉巴黎大学理论物理与建模实验室）
研究通过限制视野角度和噪声竞争，揭示了主动粒子在非互惠环境下从全局运动到局部聚类的转变机制。
2026-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-reciprocal forces and exceptional phase transitions in metric and topological flocks
本文研究了群集模型中由对齐规则引入的微观非互惠相互作用，通过大规模数值模拟验证了Toner-Tu框架下的例外相变，并指出粗粒化这些非互惠力产生的额外流体动力学项能分别导致度量模型的高度有序聚集相和恢复拓扑模型的均匀群集相。
2023-09-18 cond-mat.soft
Hysteresis, reentrance, and glassy dynamics in systems of self-propelled rods
非平衡态活性物质是由具有短程排斥相互作用的自驱动粒子组成的一个非常有用的小系统，它具有集体运动和非平衡态有序-无序转变的特点，是研究活性物质的一个很好的方法。我们研究了大长径比自推进杆在很宽范围内的填充分数和驱动，以确定非平衡状态图和动态特性。植绒和向列线状态占据了大部分的参数空间。在植绒状态的平均内部压力高，结构和机械松弛时间长，这表明，杆在羊群中的平移玻璃态，尽管整体羊群运动。相比之下，向列线状态显示出类似流体的行为。植绒状态占据的状态图的区域在低和高包装分数分离向列型laning在低驱动和一个历史相关的区域在较高的驱动;向列型laning状态过渡到植绒状态的压缩和膨胀。我们建议，Laning-flocking转变是一种玻璃化转变，与其他玻璃形成系统相比，可以显示流化密度的增加。流体内部动力学和向线状态的弹道输运可能促进杆状微生物的集体动力学。
2015-09-25 cond-mat.soft
Emergence of Active Foams in a Minimal Cognitive Flocking Model
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育研究学院莫哈利分校）
该研究在极简认知群集模型中扩展相互作用范围至中间区域，发现了仅在该区域涌现的活性泡沫等新集体状态，揭示了相互作用范围与各向异性感知对集体组织的强影响。
2026-10-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Multiscale order, flocking and phenotypic hysteresis in the cellular Potts model of epithelia
Universiteit Leiden（莱顿大学）；Université Paris Cité, CNRS（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心）
研究通过细胞Potts模型模拟揭示了细胞迁移与组织空间组织的反馈机制，发现多种取向有序相共存，并在不同尺度上表现出表型滞后现象。
2026-05-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Re-entrant phase separation in nematically aligning active polar particles
我们提出了一个数值研究的相位行为排斥相互作用的积极极性粒子，对齐他们的积极速度向列。主动速度的幅值和其取向对准中的噪声控制系统的主动性质。在高值的取向噪声，结构流体经历了一个连续的向列型各向同性过渡的主动取向。这种转变是很好地从一个活跃的相分离，其特征在于形成高密度的六角星系团，在较低的噪声强度观察。随着活性的增加，系统经历了一个可重入的流体相分离流体的转变。在低活性下的相共存可以根据运动诱导的相分离来理解。相比之下，六角星系团的再熔化和低取向噪声下的集体运动则主要由群集行为控制。在高活性，滑动和堵塞的极性子集群，形成晶界，车道的形成，以及随后的碎片的极性补丁调解重熔。
2019-10-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-organized vortex phases and hydrodynamic interactions in Bos taurus sperm cells
本研究揭示牛精子在粘弹性流体中经流动脉冲诱导形成长寿命群集相，并发现自组织涡旋态，通过实验相图与计算模型对比，预测了有序-无序相边界，为评估精子样本生育能力提供新视角。
2024-05-23 cond-mat.soft
Swimmer suspensions on substrates: anomalous stability and long-range order
我们提出了一个全面的理论的动力学和波动的二维悬浮的极性活性粒子在不可压缩流体局限于基板。我们表明，依赖于一个单一的参数的符号，一个状态与极性取向顺序是非常稳定的（或非常不稳定），与非零的松弛（或增长）率为零波数的角波动。这种在稳定状态下对对称性破缺模式的屏蔽确实会导致常规的而不是Bricard等人所认为的巨大的数字波动，Nature ${\bf 503}$，95（2013），但是它们在展曲稳定的群中的弯曲不稳定性不存在，并且极性相在二维中具有长程序。我们的理论也描述了受限的三维薄膜悬浮液的活性极性粒子以及致密的可压缩的活性极棒，并预测了一个植绒过渡没有带状不稳定性
2019-01-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamical structures in phase-separating non-reciprocal polar active mixtures
本研究理论分析了具有排斥作用的非互易对齐极性活性粒子混合物中的动力学结构，发现非互易性会导致相分离、群集和不对称聚集等相变，并证明微观模拟对揭示平均场理论忽略的动力学性质至关重要。
2024-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Learning to flock in open space by avoiding collisions and staying together
Universitá degli Studi dell’Insubria（因苏布里亚大学）；I.N.F.N. Sezione di Milano（意大利国家核物理研究所米兰分部）；The Abdus Salam International Center for Theoretical Physics (ICTP)（阿卜杜勒·萨拉姆国际理论物理中心）；Department of Oncology, Università degli Studi di Torino（米兰大学）；Universitá degli Studi di Milano
该研究通过多智能体强化学习框架，在开放空间中实现群体协同运动，通过避障和保持在一起的策略，产生高极性秩序的集体运动。
2026-01-30 cond-mat.soft cs.MA physics.bio-ph
Uncovering novel phase transitions in dense dry polar active fluids using a lattice Boltzmann method
干活性物质的动力学对跨越一系列长度和时间尺度的生物现象的多样性集合具有影响，例如动物群集、细胞组织动力学以及插入物和细菌的群集。将这些系统统一起来的是一组共同的对称性和守恒定律，将干活性流体定义为一类物理系统。在高密度下观察到许多有趣的行为，由于计算需求，这些行为仍然难以模拟。在这里，我们展示了如何在一个致密的政权二维干活性流体可以使用一个简单的修改格子玻尔兹曼方法进行研究。我们将我们的方法应用到一个模型上，该模型表现出运动诱导的相分离，以及与集体细胞迁移相关的接触抑制运动的活性模型。对于后者，我们发现了多个新颖的相变：两个一阶相变和一个潜在的临界相变。我们进一步支持我们的模拟结果，通过查普曼-恩斯科格粗粒化过程中获得的流体动力学方程的分析处理。
2021-01-04 cond-mat.soft physics.comp-ph
Activity-induced phase transition in a quantum many-body system
一群非平衡实体可以表现出在常规平衡设置中被禁止的相变行为。一个有趣的问题是，类似的活性驱动的相变是否也发生在纯量子系统中。在这里，我们介绍了一个最小简单的量子多体模型，经历量子相变诱导的非厄米性。该模型是基于一个经典的各向异性格子气模型，经历运动诱导相分离（MIPS），和量子相图包括其他活动相，如植绒相。量子相变原理上可以在超冷原子实验中得到验证，但它也可以看作是经典动力学中在外加偏场作用下动力学路径的转变。这种方法揭示了经典非平衡动力学和非厄米量子物理之间的有用联系。
2021-07-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microphase separation in active filament systems is maintained by cyclic dynamics of cluster size and order
在活性物质中极性群集的开始是不连续的，类似于气-液相变，除了稳态表现出微相分离成极性簇。虽然在理论模型和实验中已经观察到这些特征，但对团簇水平上的介观过程知之甚少。在这里，我们表明，极性秩序的出现和维护是由集群的组装和拆卸动力学之间的相互作用，具有不同的大小和程度的极性秩序。使用基于代理的模拟推进丝在一个参数制度相关的肌动球蛋白运动性测定，我们监测集群统计和集群之间的运输过程的长丝的时间演变。我们发现，在一个广泛的参数范围内，秩序的出现是由成核和极性集群的增长，其中的成核阈值不仅取决于集群的大小，但也对它的极距。增长涉及集群的自我复制，极序建立集群的增长和破碎。维持微相分离，极性有序状态的结果从集群的大小和顺序的循环动力学，由集群成核，凝聚，分裂和蒸发之间的相互作用的单丝驱动。这些发现证实了集群动力学模型，包括这些基本的集群级过程。它一致地再现了集群统计以及从无序到有序集群的循环周转。这种循环动力学过程可以代表活性物质系统中维持秩序的一般机制。
2020-08-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Segregation and cooperation in active colloidal binary mixtures
本研究通过实验和模拟揭示活性Janus胶体二元混合物中，运动能力差异与对齐性共同驱动物种分离与合作运动，为设计可重构集体功能材料提供策略。
2025-06-18 cond-mat.soft
