Ordering dynamics of self-propelled particles in an inhomogeneous medium
研究了二维非均匀介质中自推进粒子的有序动力学。我们写的粗粒度的密度和速度场的粗粒度的流体动力学运动方程中存在的外部随机无序场，这是淬火的时间。不均匀性的强度从零无序（干净的系统）到大的无序。在清洁系统中，速度场代数地增长为$L_{\rm V} \sim t^{0.5}$。密度场并没有显示出干净的幂律增长;然而，它近似地遵循$L_{\rm ρ} \sim t^{0.8}$。在非均匀系统中，我们发现了一个无序依赖的增长。对于密度和速度，生长随着无序强度的增加而减慢。在中间时间，速度显示出无序依赖的幂律增长$L_{\rm V}(t,Δ) \sim t^{1/\bar z_{\rm V}(Δ)}$。在后期，存在到对数生长$L_{\rm V}(t,Δ) \sim (\ln t)^{1/φ}$的交叉，其中$φ$是与无序无关的指数。速度的两点关联函数具有动力学标度性，而密度则不具有动力学标度性。
2018-03-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Flow, Ordering and Jamming of Sheared Granular Suspensions
采用定体积分子动力学模拟研究了颗粒悬浮体在恒定剪切力作用下的流变特性。我们推导出系统的“流程图”中的体积分数/应力平面$(ϕ,F)$：在低$ϕ$的流动是无序的，与粘度服从Bagnold样的缩放只有在小$F$和发散的堵塞点接近，如果剪切应力是足够强，在较高的$ϕ$有序的流动状态被发现，有序/无序过渡的粘度急剧下降的标志。一个广泛的干扰区域也观察到，在类比与热系统的玻璃态区域，缓慢的动力学随后动力学逮捕时发生的有序过渡被阻止。
2008-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Negative interfacial tension in phase-separated active suspensions
我们研究了一个模型的主动悬浮液的自推进排斥粒子，其中一个稳定的相分离成稀相和密相观察。我们利用非正方形的盒子，一个稳定的“板”的配置达到，其中接口与较短的盒子边缘对齐。评估最近提出的一个密集的主动游泳压力，我们表明，分离两相的界面内的过剩应力是负的。负张力的发生与稳定的相分离是一个真正的非平衡效应，是合理化的正刚度，其中的估计非常符合数值数据。我们的研究结果挑战有效的热力学描述和映射的主动悬架到被动对潜在的吸引力。
2014-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
From single-particle to collective effective temperatures in an active fluid of self-propelled particles
我们提出了一个全面的分析有效的温度波动耗散关系的基础上的模型的主动流体组成的自走硬盘。我们首先调查的相关性的有效温度在稀和中等密度的流体。我们发现，一个独特的有效温度一般不表征在这个广泛的密度范围内的活性流体的非平衡动力学，因为波动耗散关系产生的长度尺度依赖的有效温度。相比之下，我们发现，在非常大的密度的非平衡玻璃化转变的方法是伴随着一个独特的有效温度的出现共享的波动在所有的长度尺度。这表明，由于在非平衡玻璃化转变时发生的集体冻结，在活性颗粒的非常致密的悬浮液中，通常会出现有效的热动力学。
2015-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Inertia drives concentration-wave turbulence in swimmer suspensions
本文发现了一种由惯性、游动者运动性和浓度涨落相互作用驱动的不稳定性机制，该机制不依赖主动应力，通过数值模拟观察到浓度和取向的自持波从规则振荡过渡到波湍流，并分析了其统计特征。
2024-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
The collective dynamics of self-propelled particles
我们提出了一种方法的动态模拟的一个收集的自推进粒子在粘性牛顿流体。我们限制注意颗粒的尺寸和速度是足够小的流体运动是在蠕动流制度。我们提出了一个简单的模型，自推进粒子，并扩展了斯托克斯动力学方法进行动态模拟这样的粒子的集合。在我们的描述中，每个粒子都被视为一个具有方向矢量$\te{p}$的球体，其运动由力偶极子在稍微偏离其中心的一点上的作用驱动。孤立地，自推进粒子以恒定速度沿$\te{p}$方向移动。当它与许多这样的粒子共存时，它与其他粒子的流体动力学相互作用改变了它的速度，更重要的是，它的方向。因此，粒子的运动是混沌的。我们的模拟并不局限于低粒子浓度，因为我们实现了粒子之间的完全流体动力学相互作用，但我们将粒子的运动限制在二维范围内，以减少计算。本文报道了自推进粒子悬浮液在一定浓度范围内的统计特性，如粒子速度分布、对关联函数和取向关联函数。
2007-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal Poisson statistics of a passive tracer diffusing in dilute active suspensions
本研究从第一性原理出发，通过微扰展开推导稀活性悬浮液中被动示踪粒子的统计特性，证明一阶密度下其服从空间Poisson过程，将多体动力学简化为两体相互作用，并解析解释了有色Poisson过程的起源。
2022-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical assessment of von Mises distribution and an infinite series ansatz for self-propelled particles
我们考虑一个Vicsek模型的自推进粒子有界的信心，每个粒子只与邻居有一个类似的方向相互作用。取决于参数，该系统表现出从各向同性相到具有优选方向的相的连续或不连续极性相变。在最近的一篇论文[1]中，von Mises分布被提出作为极序的一种近似。在本系统中，角分布的时间演化可以在傅立叶空间中求解。我们比较了傅里叶分析的结果与通过使用冯米塞斯分布分析得到的结果。在后一种情况下，系统的定性行为被正确地恢复。然而，在数量上存在严重的偏差。我们引入了一个扩展的冯米塞斯分布的animals，使第二项照顾下两个傅立叶模式。与扩展的ananesthetic，我们发现更好的定量协议。作为一种替代方法，我们也使用高斯和几何级数在傅立叶空间中的anastrance。几何级数分析是解析可处理的，但对于非常弱的噪声失败，高斯分析产生更好的结果，但它不是解析可处理的。
2016-11-02 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium dynamical structure of a dilute suspension of active particles in a viscoelastic fluid
在这项工作中，我们研究了线性粘弹性流体中的活性颗粒的稀悬浮液的数密度波动的动力学。我们提出了一个模型的活性粒子的频率依赖性的扩散系数，它捕获的效果，旋转扩散的持久性，他们的自我推进的运动和介质的粘弹性。利用脉动流体力学，推导了主动悬架的线性化方程，并由此计算了其动态结构因子和相应的中间散射函数。对于一个麦克斯韦型流变模型，我们发现一个复杂的依赖这些功能上的参数，表征的粘弹性的溶剂和活性的颗粒，这可以显着偏离那些被动颗粒的惰性悬浮液和主动悬浮液在牛顿溶剂。特别是，在某些区域的参数空间中，我们发现在某些波数的中间散射函数的振荡的出现，这代表的标志的非平衡粒子活动的动态结构的悬浮液，也编码的介质的粘弹性。
2022-06-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective forces in scalar active matter
许多粒子悬浮液中的大尺度集体行为，可以从直接微观粒子相互作用之外出现的统计力的平衡来理解。在这里，我们回顾了一些方面的集体力量，可以出现在悬浮液中的自推进的活性布朗粒子：限制下的壁力，界面力，并在浸没机构介导的悬浮液的力量。即使对于非对齐的活性颗粒，这些力也与由壁和主体引起的颗粒取向的非均匀极化或非均匀密度分布密切相关。最后，我们指出了未来的方向和有前途的领域，集体力量的应用在合成活性物质，以及它们在生活中的作用活性物质。
2020-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamic clustering in active colloidal suspensions with chemical signaling
在本文中，我们实验研究了自推进胶体的致密活性悬浮体的相行为。除了观察到的固体状和气体状相的高密度和低密度，一种新的簇相的报告在中间密度。这是一种致密聚集体的静止集合体，其平均尺寸随着活动而增长，作为自推进速度的线性函数。虽然可以考虑不同的可能的dupi来解释这些观察结果-例如最近提出的通用速度减弱不稳定性-，我们表明，实验结果是由一个趋化聚集机制，最初引入考虑细菌聚集，并在这里考虑胶体游泳者之间的扩散泳化学相互作用。
2012-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Number fluctuations distinguish different self-propelling dynamics
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS, FAST（法国国家科学研究中心，FAST）；CNRS, Sorbonne Université, Physicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes Interfaciaux（法国国家科学研究中心，索邦大学，界面电解质与纳米系统物理化学）
通过分析数波动N(t)统计，发展出从自推进粒子模型中学习动态参数的理论，区分不同模型的动力学特性。
2026-04-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nucleation pathway and kinetics of phase-separating active Brownian particles
纯粹排斥但自推进的布朗粒子的悬浮液可能会经历相分离，这种现象非常类似于具有吸引力的被动粒子的相分离。在这里，我们采用计算机模拟研究成核动力学和微观途径积极的布朗磁盘时，淬火从均匀悬浮液的推进速度超越双结点在两个维度。我们发现相同的定性行为的成核率作为密度的函数作为被动悬浮液进行液-气分离，这表明一个有效的自由能的情况下，也延伸到相分离的动力学。我们研究的过渡更详细地通过一个committor分析，并发现，过渡态最好的描述由集群的大小和径向极化的粒子在集群中的组合。
2016-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Individual particle persistence antagonizes global ordering in populations of nematically-aligning self-propelled particles
本文以黄色粘球菌为灵感，研究个体迁移持续性与粒子间相互作用对集体迁移的联合影响，发现高持续性会在向列对齐较强时拮抗全局有序，揭示群体行为受个体内在行为与相互作用共同调控。
2025-02-10 cond-mat.stat-mech nlin.CG nlin.PS
Stable smectic phase in suspensions of polydisperse colloidal platelets with identical thickness
我们报道了单层$α$ -磷酸锆片晶在一种新的水悬浮液中的有序和近晶有序，该片晶具有高的直径多分散性，但厚度均匀。我们观察到一个各向同性的-相变的血小板体积分数的增加，随后形成的近晶相，一个难以捉摸的阶段，已很少看到在离散液晶。近晶相的特征在于通过X射线衍射，高分辨率透射电子显微镜，和光学显微镜。在这个高度多分散悬浮液的相平衡是合理化的理论方法的基础上密度泛函理论。
2009-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian particles driven by constant affinity
实验实现的自推进胶体Janus粒子利用自由能转化为定向运动。一种途径是电泳机制，其可以被示意性地建模为两种化学物质的相互转化。在这里，我们考虑的情况下，当两个物种之间的化学势差（驱动亲和力）可以被假定为常数，我们推导出的运动方程的一致性。与由恒定自推进速度参数化的活性布朗粒子的标准模型相反，这产生取决于悬浮液的势能的非恒定速度。这种方法允许在没有非保守力的情况下一致地对细致平衡的打破和伴随的熵产生进行建模。
2018-08-17 cond-mat.stat-mech
Collective dynamics of self-propelled particles with variable speed
理解生物系统中集体运动的组织是一个持续的挑战。本文考虑变速自推进质点的一个极小模型。从学校的鱼的实验数据的启发，我们引入了幂律依赖的每个粒子的速度在其附近的偏振阶的程度。我们推导出一个粗粒度的连续近似分析这个模型，并发现，虽然变速规则不改变的顺序过渡导致集体运动的细节，它引起的速度或局部极化顺序和局部密度之间的逆幂律相关性。使用数值模拟，我们验证了这种连续描述的有效性范围和探索制度超越it.We发现，在无序状态接近过渡，一个相分离的制度，大多数粒子集群成几乎静态的群体包围孤立的高速粒子。我们认为，负责这一制度的机制可能存在于广泛的集体运动动力学。
2012-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Spiral and never-settling patterns in active suspensions
我们提出了一个结合的数值和分析研究的斑图形成在一个活跃的系统中，粒子对齐，具有密度依赖性的运动，并受到逻辑反应。这是一个模型的悬浮液繁殖细菌，但它也可以代表，在有序相，肌动球蛋白凝胶在体外或体内。在无序阶段，我们发现，运动抑制和增长竞争产生稳定或闪烁的模式，其中，当密度足够大时，获得内部取向排序，产生星形或螺旋形。在有序相，反应项导致以前未观察到的从未解决的模式，可以提供一个简单的框架，以了解肌动蛋白的运动和螺旋图案的形成。
2013-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamical Density Functional Theory For Microswimmers
动力学密度泛函理论（DDFT）已经成功地被导出并应用于描述一方面被动的胶体悬浮体，包括单个颗粒之间的流体动力学相互作用。另一方面，积极的“干”人群的自推进粒子的特点是使用DDFT。在这里，我们更进一步，将这两种方法结合起来。我们建立了一个DDFT的主动微游泳悬浮液。为此，简单的极小模型microswimmer的介绍。这些微型游泳者通过使周围的流体运动来自我推进。它们通过其主动自诱导流体流动和通过共同的“被动”流体动力学相互作用而彼此流体动力学地相互作用。一个有效的软位阻斥力也被考虑在内。我们从常见的统计方法开始推导DDFT。然后，我们的DDFT测试和应用的特征悬浮液的microswimmer的运动被限制在一个平面内的三维体相流体。此外，游泳者受到径向对称的捕获势的限制。在一定的参数范围内，我们发现旋转对称性破缺结合形成的“流体动力学泵浦状态”，这是以前在文献中观察到的结果，粒子为基础的模拟。一个额外的不稳定性，这种泵浦状态被揭示。
2016-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Synchronization in dynamical networks of locally coupled self-propelled oscillators
移动物理实体与其邻居交换信息的系统可以在许多不同的情况下找到。他们的紧急合作行为的理解已成为跨学科的一个重要问题，需要一个总体的概念框架，以收获这些系统的潜力。我们研究了时间演化网络中耦合振子的同步问题，该网络是由自推进代理在真实空间中相互作用的位置所定义的。为了了解一般的理由在同步过程中的流动性的影响，我们介绍了一个简单的模型，自走式硬盘执行持久的随机游走在2 $d$空间和内部仓本相位振荡器。对于非相互作用的粒子，自推进加速同步。代理移动性和排除量之间的相互作用的竞争产生了一个更丰富的情况下，导致最佳的自我推进速度。我们确定了两个极端的动态制度，同步可以理解从理论上考虑。我们的模型进行了系统的分析，量化了偏离后者的理想情况，并描述了导致系统演变的不同机制。我们发现，本地耦合移动振子的同步一般收益通过粗化验证动态缩放和共享强相似性的相位排序动力学的2 $d$ XY模型以下淬火。我们的研究结果揭示了通用的机制，导致移动代理的同步，提供了一种有效的方法来了解更复杂或具体的情况下，涉及时间依赖性网络的同步，移动性和排除量在发挥作用。
2016-08-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.AO
Interplay between columnar and smectic stability in suspensions of polydisperse colloidal platelets
本文用密度泛函理论研究了多分散性胶态血小板模型悬浮液的相行为。平台被建模为正方形截面$l$和高度$h$的平行矩形棱柱，长度和高度分布由不同的多分散性$δ_l$和$δ_h$给出。我们得到了该模型的相行为，包括结晶相，近晶相和柱状相，以及它与两个多分散性$δ_l$和$δ_h$的依赖关系。当$δ_l>δ_h$时，我们观察到近晶相相对于柱状首先稳定。如果是$δ_h>δ_l$，我们观察到相反的行为。其他更复杂的情况下发生，例如，近晶稳定从第一，但然后存在一个一级过渡到柱状相。我们的模型假设板-棒对称，但近晶相和柱状相的稳定区域在$δ_l-δ_h$平面上是不对称的，这是由于两个相的有序维数不同。微观偏析效应，即不同的空间分布的周期性细胞内的不同尺寸，发生在两个阶段。
2013-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spin models for orientational ordering of colloidal molecular crystals
暴露于周期性外场的二维胶体悬浮液表现出多种分子晶相。在那里，两个或更多个胶体在潜在最小值的晶格位置组装，以构建新的结构实体，称为分子。以势的强度和填充率为控制参数，可以诱导到非常规取向有序态的相变。我们介绍了一种方法，专注于相关的相序取向状态的离散集。取向有序的状态映射到经典的自旋系统。我们构造了适合于统计力学讨论的三角形晶格上的二聚体和三聚体分子的有效哈密顿量。平均场分析产生了丰富的相位行为，这是由蒙特卡罗模拟证实。
2006-08-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective motion of binary self-propelled particle mixtures
在这项研究中，我们调查的现象，集体运动的二元混合物的自推进粒子。我们考虑两种粒子，每种粒子都由以恒定速度推进的点状物体组成。在每个物种中，粒子试图实现其速度矢量的极性对齐，而我们分析的情况下，首选的极性，反平行，以及不同物种的粒子之间的垂直对齐。我们的重点是两个物种之间的相互作用的阈值密度的发病集体运动和发病以上的解决方案的性质上的效果。为此，我们从粒子图像中合适的朗之万方程开始，从中我们导出Fokker-Planck型的平均场方程，最后导出宏观连续场方程。我们进行粒子模拟的朗之万方程，线性稳定性分析的福克-普朗克和宏观连续方程，我们数值求解福克-普朗克方程。这两个，空间均匀和非均匀的解决方案进行了研究，后者对应于条纹状的集体移动粒子群。在一般情况下，两个物种之间的相互作用降低了阈值密度为每个物种的集体运动的发病。然而，这种相互作用也降低了条纹状絮凝物的空间组织。最有趣的行为被发现的情况下，不同物种之间的首选垂直排列。在那里，在每个粒子种类内，速度矢量的极性和真正的非极性取向排序之间发生竞争。最后，取决于不同种类的颗粒的排列规则和在颗粒密度的一定范围内，可以发现两种颗粒种类的相同和反转的空间密度分布。
2012-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Criticality and the Onset of Ordering in the Standard Vicsek Model
对动物集体行为的实验观察显示出惊人的证据，证明了类似于物理系统中相变的大规模合作现象的出现。事实上，定量研究已经发现无标度相关性和临界行为与连续的二阶相变的发生相一致。标准Vicsek模型（SVM），一个极小模型的自推进粒子，其中它们的倾向，以相互对齐的竞争与扰动控制的噪声项，似乎捕捉关键群集现象的基本成分。在本文中，我们回顾了最近的有限尺寸标度和动力学的SVM的研究，提出了一个完整的表征连续相变通过动力学和临界指数。我们还提出了一个复杂的网络分析的SVM群，并讨论了发病的排序与XY类自旋模型。
2012-06-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Sedimentation and polar order of active bottom-heavy particles
在外部引力场中的自推进粒子已被证明显示出增加的沉降长度和极性顺序，即使没有粒子相互作用。在这里，我们研究的是自推进的粒子，它们另外是底部重的，也就是说，它们感觉到一个扭矩，使它们与引力场对抗地游动。对于底部重的粒子，引力场具有两个相反的效果：i）沉降和ii）粒子的游动方向向上对齐。我们进行多极扩展的一个粒子分布相对于方向和推导出的沉降长度和平均粒子取向，我们检查对布朗动力学模拟的表达式。对于大强度的重力或小颗粒的速度和对齐扭矩，我们观察到沉降与增加的沉降长度相比，被动的胶体，但也没有底部沉重的活性胶体。例如，增加游动速度，沉降曲线被反转，并且颗粒朝向封闭箱的顶壁游动。我们发现最大的取向秩序在中间游泳速度的情况下，与底部沉重的颗粒和那些没有。对于底部重的粒子来说，有序性毫无意外地增加了，但是这种差异在更高的活性水平上消失了，并且对于非常高的活性，在两种情况下有序性都变为零。
2013-12-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tricritical points in a Vicsek model of self-propelled particles with bounded confidence
我们研究了具有选择性相互作用的自推进粒子系统中的取向有序。为了引入选择性，我们用有界置信度碰撞规则来增强标准Vicsek模型：给定的粒子只与方向与自己非常相似的邻居对齐。方向偏离大于固定限制角度$α$的邻域将被忽略。该系统的集体动力学研究基于代理的模拟和动力学平均场论。我们表明，限制角的减少导致一个临界噪声幅度单调下降的角度，变成一个幂律指数为3/2的小角度。此外，对于小的系统尺寸，我们表明，在减少的限制角，极性集体运动的过渡从连续到不连续的变化。因此，一个明显的三临界点的识别和计算分析。我们还发现，在非常小的相互作用角的极性有序相变得不稳定的非极性相。我们表明，平均场动力学理论允许固定的电子态低于限制角$0.681 π$。我们计算了无序态分叉到非有序态的临界噪声，发现它总是小于从无序态到极序态转变的阈值噪声。无序-无序转变具有两个三临界点：在低和高限制角下，转变是不连续的，但在中间$α$处是连续的。我们将我们的结果推广到系统，显示成两个以上的群体分裂，并获得的过渡线和相应的三临界点的标度律。提出了一种新的数值方法来计算非线性Fredholm积分方程的平稳分布函数。
2014-11-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamical density functional theory for circle swimmers
大多数关于自推进粒子和微型游泳者的研究集中在不具有确定性弯曲轨迹的物体上。然而，完美的轴对称在现实中很难找到，形状不对称的主动微泳者往往表现出持久的曲率的轨迹。因此，我们在这里提出了一个粒子尺度的统计方法的圆游泳悬浮液的动力学密度泛函理论。它是基于一个最小的microswimmer模型，特别是，包括游泳者之间的流体动力学相互作用。在理论推导之后，我们数值研究了将游泳者限制在圆对称势阱中的平面示例情况。在那里，我们发现，增加曲率的游泳轨迹可以扭转主动驱动器的定性效果。更准确地说，随着曲率的增加，游泳者向外推动限制的效率降低，而是在陷阱的中心形成高密度的斑块。我们的结论是，在水动力相互作用的存在下，个别游泳者的圆周运动具有局部化效应。我们的部分结果可以通过实验得到证实，例如，使用不同长宽比的L形圈游泳者的悬浮液。
2018-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stabilization of active matter by flow-vortex lattices and defect ordering
从细菌悬浮液到细胞单层的活性系统，通过从其组成元素局部注入能量而不断地被驱离平衡，并表现出顺从性和混沌模式。在这里，我们证明了理论上和通过数值模拟，湿活性系统，其行为是由流体力学，和干活性物质，其中任何流被筛选之间的交叉，可以通过使用摩擦作为控制参数。此外，我们发现了意想不到的涡有序在这个干湿交叉。我们表明，自组织的涡晶格是伴随着空间有序的拓扑缺陷，导致积极的晶体状结构。涡旋晶格的出现，导致拓扑缺陷的位置有序化，这表明在活性材料的设计和控制中的潜在应用。
2016-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Active particles under confinement and effective force generation among surfaces
本文研究了热噪声作用下一维主动悬架系统的稳态特性，分析了几何约束对系统稳态特性的影响。随机主动力的建模由Ornstein-Uhlenbeck过程和系统进行了研究，数值，通过集成的朗之万控制方程，并通过在适当的近似下求解相关的福克-普朗克方程解析。这两种方法之间的比较显示了相当好的协议，特别是，我们表明，福克-普朗克方法可以预测系统的结构，无论是在壁区域和在散装的区域，表面力可以忽略不计。热噪声和主动力的同时存在决定了从壁向本体延伸的层的形成，其中系统表现出极序。我们与存在这样的订购施加在容器的墙壁上的机械压力，并显示它如何依赖于分离的边界，并确定一个卡西米尔样的吸引力介导的主动悬浮液。
2018-12-10 cond-mat.stat-mech
Multi-Particle Collision Framework for Active Polar Fluids
本文将 MPCD 框架扩展为三种 AP-MPCD 模型，实现极性主动流体的介观模拟，并再现群聚转变、条带及外场与障碍物效应。
2025-01-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Speed inhomogeneity accelerates the information transfer in polar flock
自推进粒子（SPP）的集合显示出相干运动，并在二维中表现出真正的长程有序（LRO）状态。各种研究表明，空间不均匀性的存在可以破坏系统中通常的长程有序。然而，由于颗粒的固有性质的不均匀性的影响几乎没有得到解决。在本文中，我们考虑一个集合的极性SPP移动的速度不均匀（IS）的二维基板上，这可能会出现由于不同的物理强度的单个粒子。令我们惊讶的是，IS不仅保留了通常的长程有序存在于均匀速度模型，但也导致更快的有序系统。此外，与Vicsek类模型系统相比，群对外部扰动的响应也更快，这是由于在IS存在下每个SPP的邻居的频繁更新。因此，我们的研究表明，IS可以帮助更快的信息传递在移动的羊群。
2020-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear Induced Orientational Ordering in Active Glass
自推进粒子的密集集合体，也被称为活性或活性玻璃，在我们周围比比皆是，覆盖不同的长度和时间尺度：从细胞质到组织，从细菌生物膜到交通堵塞，从Janus胶体到动物群。由于结构上的无序和强烈的非平衡性，这些系统表现出了迷人的动力学和力学性质。利用广泛的分子动力学模拟和一些不同的动力学和力学序参量，我们区分了剪切模型活性玻璃体系中的三种动力学稳态：（a）无序相，（b）推进诱导有序相，和（c）剪切诱导有序相。我们补充这些观察与分析理论的基础上onan有效的单粒子福克-普朗克描述合理化的存在的新的剪切诱导取向有序行为在我们的模型活性玻璃体系，没有explicitaligning相互作用，例如Vicsek型。这种有序现象发生在大的持续时间限制，并可能只通过施加稳定的剪切。使用Fokker-Planck假设，我们可以在没有任何拟合参数的情况下对单个粒子位置和方向的联合分布进行可检验的预测。这些预测与直接数值模拟测量的联合分布相吻合。我们的研究结果对于探索致密活性胶体和堵塞的活性颗粒物质体系的流变学响应的实验是相关的。
2021-01-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Curvature Induced Activation of a Passive Tracer in an Active Bath
我们使用数值模拟来研究一个大的不对称示踪剂浸没在一个低密度悬浮液中的自推进纳米粒子在两个维度上的运动。具体来说，我们分析了曲率的示踪剂如何影响其平移和旋转运动在一个积极的环境。我们发现，即使非常少量的曲率是足够的活性浴赋予定向运动的示踪剂，这导致其有效的激活。我们提出了简单的缩放参数来表征这种诱导活动的曲率的示踪剂和自推进力的强度。我们的研究结果提出了新的方法来控制被动示踪剂在主动介质中的输运特性，通过仔细剪裁它们的几何形状。
2014-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Enhanced orientational ordering induced by active yet isotropic bath
各向同性但活跃的粒子浴能促进各向异性但被动的粒子的有序化吗？在本文中，我们揭示了波动驱动的机制，这是可能的。有些反直觉，我们表明，被动粒子往往是更有序的增加噪声强度的主动各向同性浴。我们首先在一个非守恒序参量耦合到一个有源各向同性场的一般动力学模型（模型A）中证明了这一点，然后集中在两个例子，即。活性各向同性浴中的基板上的极棒的集合，以及ii.被动非极性悬浮在动量守恒，积极被迫，但各向同性的流体，这是相关的主动系统中的当前研究。我们的理论，这是相关的理解有序过渡的平衡系统可以在实验中进行测试，例如，通过引入低浓度的被动棒状物体在主动各向同性流体，因为它适用于任何非保守的动力学领域，可能有应用远远超出活性物质。
2019-09-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Collective motion in a sheet of microswimmers
本研究数值模拟受限几何中微游泳者的集体运动，发现推进型呈现短程有序，牵引型出现长波密度不稳定并形成团簇，且壁的流体动力学屏蔽作用次要，几何限制主导集体状态。
2024-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Internal stress drives ferromagnetic-like ordering in networks of proliferating bacteria
NANOTEC-CNR（意大利国家研究委员会纳米技术研究所）；Soft and Living Matter Laboratory（软物质与生命物质实验室）；Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma（罗马大学物理系）；Istituto dei Sistemi Complessi - Consiglio Nazionale delle Ricerche (ISC-CNR)（意大利国家研究委员会复杂系统研究所）
研究发现细菌在微通道网络中因竞争自由体积自发形成持续的生长模式，通过有效平衡描述揭示了活跃物质与平衡统计力学的对应关系。
2026-03-24 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Lattice-Boltzmann Simulations of Microswimmer-Tracer Interactions
流体动力学的相互作用，在系统中的自推进粒子，如游泳的微生物，和被动示踪剂有显着影响的示踪剂动力学相比，相当于“干”的样品。然而，由于其计算成本，这种相互作用通常难以在模拟中考虑。在这里，我们使用基于有效的力/反力的晶格-玻尔兹曼（LB）算法[J. de Graaf~ \textit{et al.}，J. Chem. Phys.~ \textbf{144}，134106（2016）]，以验证其捕获相关低雷诺数物理的能力。我们表明，LB算法再现远场的理论结果以及，无论是在一个系统中的周期性边界条件和在一个球形腔无滑壁，我们在这里推导出表达式。LB算法的力-晶格耦合导致流场的“涂抹”，这强烈地干扰了示踪剂轨迹在密切的游泳者示踪剂分离，我们分析了如何使用一个简单的重整化流体动力学理论可以准确地捕捉到这种效果。最后，我们表明，使用LB算法来模拟系统的自推进粒子时，必须小心，因为其有限的动量传输时间可能会导致显着偏离理论预测的基础上斯托克斯流。这些见解应证明相关的未来研究的大规模microswimmer悬浮液使用这些方法。
2017-05-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Memory Effects in Active Particles with Exponentially Correlated Propulsion
奥恩斯坦-乌伦贝克粒子（OUP）模型设想一个微观游泳者由一个在有限时间尺度上与自身相关的主动力推动。在这里，我们调查的影响外部电位上的一个理想的悬浮的OUP，在一个和两个空间维度，特别注意施加在“限制墙”的压力。我们采用了一个数学联系的局部密度的OUP和统计的推进力，以证明存在一个状态方程在一维。在更高的维度，我们表明，活性粒子在周围介质中产生一个非保守力场。提出了一个简化的远离平衡模型来解释OUP在电位附近的行为。在此基础上，我们解释模拟的OUP在更复杂的情况下，涉及不对称和空间弯曲的潜力，其特征在于不均匀的局部应力，从而导致在竞争的活动长度尺度。
2018-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Vortex reversal is a precursor of confined bacterial turbulence
本文通过实验、建模与解析理论，发现圆柱约束下细菌悬浮液随半径增大经历涡旋反转、四涡旋脉动到主动湍流的转变序列，并揭示涡旋反转源于前三个方位角模态的非线性相互作用。
2024-07-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Binary pusher-puller mixtures of active microswimmers and their collective behavior
微泳者是微观尺寸的活跃粒子，通过使周围的流体运动来自我推进。根据它们引起的远场流体流动的类型，它们被分为推流器和拉流器。许多研究已经探索了推杆或推杆悬架之间的相似性和差异，但两者的混合物的行为仍有待研究。在这里，我们依赖于一个最小的离散microswimmer模型，粒子分辨，包括流体动力学相互作用，研究在这样的二元推拉混合物的取向排序。与现有文献一致，我们发现，我们的单分散悬浮液的推杆不显示对齐，而那些单独的拉自发地发展有序的集体运动。通过连续变化的二元混合物的组成，从纯拉系统开始，我们发现，有序的集体运动在很大程度上保持到推-拉组合物的比例约为1：2。令人惊讶的是，当被大多数的拉动器包围时，推动器比系统中的平均整体取向顺序所指示的更紧密地对齐。我们的研究概述了如何取向顺序可以调整在主动microswimmer悬浮液中所要求的程度掺杂与其他物种。
2019-07-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Understanding shape entropy through local dense packing
从硬球或硬棒的稠密悬浮液到硬球和稀释剂的稀悬浮液，熵驱动胶体的相行为。最近，在计算机模拟和实验中已经证明了各向异性形状进入复杂晶体、液晶甚至准晶的熵有序。形状的有序化似乎是由定向熵力（DEF）的出现引起的，这些力使相邻的粒子对齐，但这些力既没有严格定义，也没有在通用系统中量化。在这里，我们定量地表明，形状驱动的各向异性颗粒系统的相行为时，拥挤通过DEF。我们在一般系统中定义了DEF，并计算了几个硬粒子系统。我们表明，他们是在几个千吨的顺序开始，放置DEF等同于传统的耗尽，范德华力，和其他内在的相互作用。在这些其他相互作用的实验系统中，我们提供了直接的定量证据，形状的熵效应也有助于自组装。我们使用DEF来区分自组装和包装行为。我们表明，产生定向熵力的机制是通过优化局部粒子包装的熵的最大化。我们表明，这种机制发生在广泛的系统类，我们治疗，在一个统一的方式，熵驱动的相位行为的任意形状结合柯克伍德，Onsager，朝仓和大泽的著名作品。
2014-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Density Induced Phases in Active Nematic
我们引入一个极小模型，研究了二维基底上一系列自推进的非极性活性粒子（也称为“活性向列体”）随密度变化的有序-无序转变。粒子与它们的邻居在Lebwohl-Lasher模型的框架内相互作用，并沿着它们的方向不对称地移动到最近的未被占据的晶格位置。当密度低于平衡态各向同性-带状转变密度时，活性碳发生从各向同性态到带状态的一级转变。带状态在一定的密度范围内延伸，系统的标量序参量表现出类似于磁系统的平台行为。在大密度极限下，激活态表现出介于具有整体有序性的均匀有序态和具有局部有序性的非均匀混合态之间的非线性行为。对上述具有密度变化的阶段的研究很少，并且对许多生物系统的复杂行为提供了重要的见解。
2015-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mesoscopic Turbulence and Local Order in Janus Particles Self-Propelling under an AC Electric Field
为了阐明活性粒子所表现出的介观湍流机制，我们对无生命自推进粒子的湍流状态进行了实验研究。我们实现了一个实验系统与密集的悬浮液的不对称胶体颗粒（Janus粒子）的自推进下的交流电场的二维表面。在拥挤的情况下，Janus粒子的速度场可以看作是一种湍流，因为它包含了许多旋涡，它们的速度是突变的。速度场的关联函数揭示了极性排列和反平行排列相互作用的共存，这被认为是触发介观湍流的原因。局部序参量的概率分布表明，极性和极性的顺序与粒子在同一方向上移动的局部集群的形成。速度场的能谱中出现了一个宽峰，在空间尺度上观察到极性排列和团簇形成。能量是在粒子尺度上注入的，这样的守恒量，如能量，可以级联向更大的集群。
2015-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
