Gradient-driven diffusion and pattern formation in crowded mixtures
拥挤的，多组分混合物中的粘性驱动扩散是一个非常感兴趣的话题，因为它在生物过程中的作用，如在细胞膜中的运输。在部分相分离的解决方案中，梯度驱动的扩散影响微观结构，这反过来又影响扩散率;一个关键问题是这种复杂的耦合如何控制传输和斑图形成。为了研究这些机制，我们研究了一个二维的多组分格子气模型，其中“示踪剂”分子扩散之间的源和汇分离的解决方案的粘性“拥挤”的分子，集群形成动态演变的障碍。在高温极限下，拥挤剂和示踪剂是可混溶的，并且可以通过分析预测运输。在中等温度下，拥挤相分离成向示踪剂汇漂移的簇。其结果是，稳态示踪剂的扩散系数依赖于非单调的温度和拥挤的密度，我们观察到各种复杂的微观结构。在低温极限，拥挤迅速聚集，形成动力学逮捕的障碍，如果拥挤的密度是渗流阈值附近，所产生的示踪剂扩散率显示标度行为与随机电阻网络模型相同的标度指数。虽然高度理想化，这个简单的模型揭示了基本机制，耦合梯度驱动的扩散，相分离，和微观结构的演变拥挤的解决方案。
2016-10-20 cond-mat.soft
Breaking the Reptation Trap: Escape Dynamics of Semi-Flexible Polymers in Crowded Networks
本研究打破经典爬行理论认知，发现半柔性聚合物被困于短寿命动力学笼中，提出转动扩散新标度律并量化缠结，为拥挤系统宏观行为研究提供新原理。
2023-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Ring polymers in crowded environment: conformational properties
我们分析了在d维结构障碍（杂质）的存在下，柔性环聚合物在溶液中的通用尺寸特性。当考虑凝胶、胶体溶液、细胞内和细胞外环境中的聚合物时，人们会遇到这种情况。考虑了扩展杂质在大距离r上按幂律\sim r^{-a}关联的特殊情况。应用直接聚合物重整化方案，对典型环状聚合物构象的平均回转半径$\langle R_{g\,{\rm ring}} \rangle$和生成半径$\langle R_{1/2\,{\rm ring}} \rangle$进行了估计，直至\varepsilon =4-d，δ=4-a展开的一级展开.我们的结果定量地揭示了在无序环境中闭环大分子的有效尺寸和各向异性的程度。特别地，当增加根据$\langle R^2_{g\,{\rm ring}} \rangle / \langle R^2_{g\,{\rm chain}} \rangle =\frac{1}{2} \left(1+\frac{13}{48}δ\right)$的无序强度时，相同分子量的环状和开放（线性）聚合物的尺寸比增加。
2014-08-20 cond-mat.soft
Alignment of colloidal rods in crowded environments
了解胶体棒在聚合物溶液中的流体动力学排列是制造结构有序材料的关键。如何聚合物拥挤影响悬浮胶体棒的流动诱导对齐仍然不清楚，当棒和聚合物共享相似的长度尺度。我们解决这个问题，通过分析拥挤的聚合物溶液中悬浮的胶体棒的对齐，并与拥挤的情况下，由额外的胶体棒在纯溶剂中提供比较。我们发现，聚合物动力学支配的剪切诱导的排列的胶体棒悬浮在聚合物溶液中的发病，和棒的排列的控制参数是Weissenberg数，量化的弹性响应的聚合物施加流。此外，我们发现，随着剪切速率的增加，胶体排列遵循一个普遍的趋势，是独立的周围拥挤的环境。我们的研究结果表明，在聚合物溶液中的胶体棒对齐可以预测的基础上的临界剪切速率，聚合物线圈变形的流动，帮助各向异性材料的合成和设计。
2022-05-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Universal Fast Mode and Potential-dependent Regimes in Wetting Kinetics
我们目前的模拟结果从一个全面的分子动力学（MD）研究表面定向旋节分解（SDSD）在不稳定的对称二元混合物在润湿表面。我们考虑了长程和短程表面场来研究早期润湿动力学。长程势的吸引部分的形式为$V(z) \sim z^{-n}$，其中$z$是到表面的距离，$n$是幂律指数。我们发现，润湿层厚度$R_1(t)$在很早的时候表现出幂律增长的指数$α= 1/(n+2)$。然后，它通过$α=3/2$转换到通用快模状态。相反，对于短程表面势，在初始时刻观察到$R_1(t)$的对数行为。值得注意的是，在这种情况下也出现了类似的快速增长。我们提供现象学的论据来理解这些增长规律。我们的MD结果坚定地建立了普遍的快模动力学的存在，并解决了相关的争议。
2022-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universality in conformations and transverse fluctuations of a semi-flexible polymer in a crowded environment
本文研究二维和三维拥挤环境中半柔性溶胀链的构象与横向涨落，扩展普适标度关系并证明主曲线坍缩，发现拥挤粒子对标度关系影响很弱。
2022-12-26 cond-mat.soft
Driving kinetically constrained models into non-equilibrium steady states: structural and slow transport properties
复杂的流体在剪切流动和偏置动力学在拥挤的环境中表现出违反直觉的功能，这是很难解决的理论水平和分子动力学模拟。为了理解这些功能，我们研究了一个示意性的模型，高粘性液体，2D Kob-Andersen动力学约束模型，驱动到非平衡稳态由一个统一的非哈密顿力。我们提出了一个详细的数值分析的微观行为的模型，包括横向和纵向的空间相关性和动态的不均匀性。特别是，我们表明，在高粒子密度的电流与场的关系从正向负电阻制度的过渡可以解释通过出现的非平凡的结构，间歇性地捕获的粒子和减慢的动态。我们这样的空间结构的电流与场的关系在不同的运输制度。
2012-09-18 cond-mat.soft
Effects of soft interactions and bound mobility on diffusion in crowded environments: a model of sticky and slippery obstacles
拥挤的环境改变了大分子的扩散，通常减慢了它们的运动，并诱导瞬时异常亚扩散。障碍物的存在也改变了示踪剂的动力学和平衡行为。虽然以前的粒子扩散的理论研究通常假设不可穿透的障碍物或约束力的相互作用，包围粒子，在许多细胞的情况下，绑定粒子保持移动。实例包括膜蛋白或脂质，其在脂质结构域内具有一些进入和扩散，以及可以进入无膜细胞器或隔室（如核仁）的蛋白质。使用一个格子模型，我们研究了示踪剂粒子的扩散运动绑定到软障碍物，允许示踪剂和障碍物占据相同的晶格网站。对于粘性障碍物，绑定示踪剂粒子是不动的，而对于光滑的障碍物，绑定示踪剂可以跳跃而不惩罚相邻的障碍物。在这两种模型中，绑定显着改变示踪剂的运动。绑定时的运动的类型和程度是示踪剂流动性的关键决定因素：光滑的障碍物可以允许几乎不受阻碍的扩散，即使在高障碍物填充分数。为了模拟细胞中的区室化，我们研究了障碍物的大小和一系列的束缚扩散系数如何影响示踪剂的动力学。模型的行为在二维和三维空间中是相似的。我们的工作对细胞内的蛋白质运动和相互作用有影响。
2017-05-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Anomalous transport in the soft-sphere Lorentz model
通过计算机模拟研究了拥挤介质中反常输运对粒子间相互作用形式的敏感性。我们扩展了高度简化的洛伦兹模型对现实的自然系统建模的示踪剂和障碍物之间的相互作用与平滑的潜力。我们发现，在临界点处的异常传输恰好是由相同的普适指数硬排斥相互作用，虽然窄通道探测的机制是相当不同的。接近临界点的模拟的标度行为证实了这一指数。我们的结果表明，简单的洛伦兹模型可能适用于描述在实际拥挤环境中的长程输运的基本性质。
2020-06-04 cond-mat.soft
Kinetic Catalysis of Spontaneous Knotting: How Free Particles Modulate Filament Entanglement
Tsinglan School（清澜山学院）；X-Institute（X-研究所）
研究揭示自由粒子通过动能催化促进丝状物自结，同时抑制过度缠结，为调控拓扑复杂性提供新策略。
2025-12-30 cond-mat.soft
Universal Kinetics of the Sol-to-Gel Transition
由于平均场Smoluchowski方程的破裂，一个包含溶胶-凝胶转变动力学的综合理论还有待于制定。用高时间分辨率的蒙特卡罗模拟对不可逆聚集体系进行了模拟，结果表明，这种转变有三个不同的区域，其动力学指数z在1 ~ 2之间，对应于溶胶团簇聚集到理想凝胶点（IGP），在IGP之后，溶胶团簇凝胶化的动力学指数z在2 ~ 5.7之间;和z在2和3.5之间的范围内，这是迄今为止未确定的当单体致密时涉及凝胶聚集的状态。我们进一步建立普遍的幂律比例关系，连接这三个政权的动力学。
2018-11-02 cond-mat.soft
Geometry and kinetics determine the microstructure in arrested coalescence of Pickering emulsion droplets
稳定乳液的一个重要策略是用相反的流变力阻止组成液滴的聚结。吸附在皮克林乳液中的乳液液滴表面上的胶体颗粒在连续的聚结事件期间变得越来越拥挤，因为聚结液滴的组合表面积小于组成液滴的组合表面积。超过临界密度，颗粒在液滴周围形成刚性壳，并抑制液滴形状的松弛和进一步聚结。所得到的液滴具有不均匀的曲率分布，并且取决于初始覆盖率，可以在桥接两个液滴的颈部周围并入具有负高斯曲率的区域。在这里，我们解决的曲率和动力学过程的逮捕的微观结构的最终状态的相对影响。识别面积变化率的无量纲比率\dot{A}的扩散常数D作为动力学在这个系统中的重要性的措施，我们表明，这取决于外在的几何形状的表面，而不是静态填料，仅取决于内在的几何形状。
2019-03-01 cond-mat.soft
Kinetic interfaces of patchy particles
研究了平流质量输运极限下片状颗粒在基质上的不可逆吸附。最近的数值计算结果表明，界面粗糙化强烈依赖于颗粒属性，如，补丁补丁的相关性，键的灵活性，和相互作用的强度，揭示新的吸收相变。在这里，我们重新审视这些结果，并详细讨论过渡。特别是，我们提出了新的证据表明，三临界点，观察系统中的粒子与灵活的补丁，是在三临界定向渗透普适性类。对具有不同键能的片状粒子聚集的关联长度随时间演化的标度分析证实了临界区是具有淬火无序普适类的Kardar-Parisi-Zhang。
2014-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase-ordering kinetics in the Allen-Cahn (Model A) class: universal aspects elucidated by electrically-induced transition in liquid crystals
本研究利用二维扭曲向列液晶的电致超快相变实验，验证了Allen-Cahn（模型A）类相序动力学的多种标度理论，修正了部分理论预测，为非平衡系统普适性研究提供了实验原型。
2024-03-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal interface fluctuations in the contact process
本文研究了接触过程在定向渗流临界点处的界面表示，完整表征了维度1至3的动力学粗化普适类，发现其界面涨落表现出反常行为，并通过概率密度函数与协方差揭示了其与KPZ普适类在定性与定量上的异同。
2024-09-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinetics of surface growth with coupled diffusion and the emergence of a universal growth path
表面生长，通过在物体边界上的材料的缔合或解离，在自然和工程系统中普遍存在。它是生物材料从单细胞水平开始生长的基本机制，并且越来越多地应用于制造和自组装的工程过程。一个显着的复杂性，在描述这样的过程的动力学出现，由于其固有的耦合相互作用与扩散的成分，需要维持的增长，和局部应力的影响的增长率。此外，由扩散产生的本体内的溶剂浓度的变化可以影响体积变化，从而导致另外的相互作用生长机制。在本文中，我们提出了一个一般的理论框架，捕捉这些复杂性来描述表面生长的动力学，同时考虑耦合扩散。然后，通过结合分析和数值工具，应用到一个简单的增长几何，我们表明，这种增长过程的演变迅速趋向于一个普遍的路径，是独立的初始条件。这条路径，表面生长机制和扩散的作用和谐，可以扩展到分析描绘的演变，从一开始到一个cross-milling状态，其中添加和删除的材料是平衡的机构。
2018-03-22 cond-mat.soft
Crowding competes with trapping to enhance interfacial diffusion
在生物膜或材料界面的拥挤环境中的扩散通常涉及与表面蛋白质或缺陷的间歇性结合。为了解释这种情况，我们研究了一个2维格子气在一个领域的固定陷阱。利用动力学蒙特卡罗模拟，我们计算了在长时间限制的有效扩散系数作为陷阱和粒子密度的函数。我们发现一个显着的结果-增加的扩散系数与颗粒密度，我们硬币作为拥挤增强扩散的效果。我们合理化这一结果使用缩放参数和主方程的方法。
2021-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Universal Loop Statistics from Active Extrusion with Kinetic Barriers
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术研究所）；University of Potsdam（波茨坦大学）
本文基于动能障碍的染色质环状挤出理论，揭示了环状大小的普遍规律，并通过实验数据验证了挤出对称性对环状统计分布的影响。
2026-04-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Hydrodynamics of a Granular Gas in a Heterogeneous Environment
我们分析了一个低密度合奏的相同的宏观粒子浸没在一个活跃的流体的输运性质。颗粒被建模为非弹性硬球（粒状气体）。采用非均匀随机恒温器对非均匀主动流体进行建模。理论结果与相应的动力学方程的数值解（直接模拟蒙特卡罗方法）进行了验证。我们显示了一个稳定的流动系统中，准确描述的Navier-Stokes（NS）流体力学，即使是高非弹性。令人惊讶的是，我们发现，NS流体动力学为这种流动的偏差更强的非弹性降低。主动流体作用在这里建模与非均匀波动的体积力。这是一个相关的结果，因为粒子在复杂环境中的流体动力学，如生物拥挤的环境，仍然是一个激烈争论的问题。
2017-10-14 cond-mat.soft
Universal scaling of active nematic turbulence
湍流的一个里程碑是普遍标度律的出现，如Kolmogorov的$E(q)\sim q^{-5/3}$标度的惯性湍流的动能谱与波矢量$q$。近年来，研究表明，活性流体在低雷诺数下表现出类似粘性流体的流动。然而，在这些流动中是否存在普遍的标度性质仍然不清楚。为了解决这个问题，在这里，我们提出了一个最小的无缺陷流体动力学理论的二维主动无缺陷流体在雷诺数为零。通过大尺度模拟和分析论证，我们证明了动能谱在长波长处具有普适的$E(q)\sim q^{-1}$标度。我们发现，由于活动的能量注入有一个峰值的特征长度尺度，这是由一个非线性机制选择。与惯性湍流相反，能量在其注入的尺度上完全耗散，从而排除了能量级联。然而，Stokes流的非局域特性建立了长程速度关联，这导致了标度行为。我们的结论是，主动湍流流体定义了一个独特的普遍性类湍流在低雷诺数。
2020-09-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
