Unified Microscopic Theory of Stress Relaxation, Structural Evolution, and Memory Effects in Dense Glass Forming Brownian Suspensions After Flow Cessation
University of Illinois（伊利诺伊大学）；Department of Materials Science and Engineering, University of Illinois（伊利诺伊大学材料科学与工程系）；Materials Research Laboratory, University of Illinois（伊利诺伊大学材料研究实验室）；Department of Chemistry, University of Illinois（伊利诺伊大学化学系）；Department of Chemical & Biomolecular Engineering, University of Illinois（伊利诺伊大学化学与生物分子工程系）
本文提出一种统一的微观统计力学理论，解释流停止后结构和应力恢复的耦合时间演化，适用于非平衡态下的布朗悬浮体。
2026-04-14 cond-mat.soft
Integration through transients for Brownian particles under steady shear
从稳态剪切作用下相互作用布朗粒子的微观Smoluchowski方程出发，得到了与剪切相关的稳态平均值、关联函数、结构函数和双折射率的精确表达式，它们的形式为广义Green-Kubo关系.它们需要瞬态动力学的集成。从同一微观出发，导出了瞬态密度涨落函数的具有记忆效应的运动方程。我们认为，推导出的正式表达式提供了有用的近似出发点，以描述稳定剪切致密胶体分散体的静态非平衡态。
2005-03-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian gyration of an inertial ellipsoid
University of Calcutta（加尔各答大学）；CY Cergy Paris Université（塞吉-蓬图瓦兹CY大学）
研究非球形粒子在欠阻尼条件下的布朗旋转，通过惯性朗之万动力学分析陷阱不对称性、温度差及粒子形状和取向对旋转的影响，揭示球形与非球形粒子的差异。
2026-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Velocity gradient power functional for Brownian dynamics
本文给出了超绝热过剩（过理想气体）自由功率泛函的一个显式的简单近似，从而为研究过阻尼布朗多体系统的非平衡动力学奠定了基础。该泛函依赖于局部速度梯度，并通过将微观应力分布作为共轭场处理而系统地获得。由此产生的超绝热力超出了动力学密度泛函理论，并且具有粘性性质。通过与仿真结果的比较，证明了它们的高精度。
2017-10-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effective Interactions in Active Brownian Suspensions
活性胶体表现出持续的运动，这可能导致运动诱导相分离（MIPS）。然而，目前还没有微观理论来解释这种现象。我们报告的第一原理理论，自由的拟合参数，活性球形胶体，这表明明确如何有效的多体相互作用潜力产生的活动，以及如何这可以合理MIPS。对于一个被动排斥系统的理论预测相分离和对的相关性与模拟定量一致。对于一个有吸引力的系统的理论表明，相分离成为抑制适度的活动，与最近的实验和模拟一致，并建议在高活性的重入团簇形成的机制。
2015-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Hopping and microscopic dynamics of ultrasoft particles in cluster crystals
我们研究了超软粒子在结晶团簇相中的慢动力学，其中点粒子通过广义指数势u（r）= ε \exp [-（r/σ）^n]相互作用，重点研究了n=4的团簇fcc相.为了阐明物质输运机制如何依赖于微观动力学，并且为了在相关实验中模拟现实场景，我们进行了分子动力学、布朗动力学和蒙特卡罗模拟。在分子动力学模拟中，粒子的扩散通过长程跳跃进行，由动量方向上的强相关性引导。在蒙特卡罗和布朗动力学模拟中，跳跃事件是短程的，反映了动力学的纯粹构型性质。与在玻璃形成液体模型中发现的相反，牛顿和随机微观动力学对长时间弛豫的影响不能由时间单位的温度无关的重新缩放来解释。从三种模拟方法之间的短时间行为和跳跃长度分布，长时间弛豫和动态异质性的非平凡差异的明显定性差异，我们了解到，需要一个更复杂的建模的超软胶体的现实系统中的动力学。
2010-12-09 cond-mat.soft
Non-negative Interfacial Tension in Phase-Separated Active Brownian Particles
本文提出了活性布朗粒子气液自由界面非平衡界面张力$γ_{\rm gl}$的微观理论。基本的平方梯度处理和分裂的力平衡的流量和结构的贡献是一般的，适用于非均匀的非平衡稳态。我们发现$γ_{\rm gl}\geq 0$，它反对Bialké等人的主张[Phys. Rev. Lett. $\bf{115}$，098301（2015）]，并提供了在主动布朗动力学多体模拟中广泛观察到的界面稳定性的理论依据。
2020-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Multiscale simulations of anisotropic particles combining Brownian Dynamics and Green's Function Reaction Dynamics
例如，细胞生物化学网络或自组装软物质中的复杂反应扩散过程的建模可以通过采用多尺度算法来极大地加速，该多尺度算法将介观格林函数反应动力学（GFRD）方法与显式随机布朗、朗之万或确定性分子动力学相结合以在微观尺度下处理反应物[A. Vijaykumar，P.G. Bolhuis和P.R. Ten Wolde，J. Chem. Phys. { \bf 43}，21：214102（2015）]。在这里，我们扩展了这种多尺度BD-GFRD方法，包括取向动力学，这是至关重要的描述各向异性的相互作用，往往普遍存在于生物分子系统。我们说明了新的算法，使用一个简单的补丁粒子模型。在对算法进行验证后，我们讨论了它的性能。旋转BD-GFRD多尺度方法将为大规模模拟例如蛋白质信号网络开辟可能性。
2016-11-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.MN
Simultaneous measurement of the microscopic dynamics and the mesoscopic displacement field in soft systems by speckle imaging
由于热能的作用，软物质系统如胶体悬浮液、乳液、聚合物和生物组织的组分经历微观随机运动。它们也可能经历在介观或宏观长度尺度上相关的漂移运动，\textit{e.g.}响应于内部或施加的应力或在流动期间。提出了一种同时测量微观运动和介观或宏观漂移的新方法。该方法是基于时空交叉关联函数的散斑图案中采取的成像配置的分析。该方法进行了测试上的翻译布朗悬浮液和剪切胶体玻璃。
2013-06-18 cond-mat.soft
Molecular-Brownian Correspondence in the Hard-sphere Dynamic Universality Class
我们进行了系统的模拟实验与软球排斥相互作用的模型系统，以测试具有相似的静态结构的软球液体之间的预测动态等效性。为此，我们比较了模拟动力学（均方位移，中间散射函数，α-弛豫时间等）。不同的软球系统，在它们之间和与硬球液体。然后，我们表明，所提到的动态等价性不依赖于（牛顿或布朗）性质的微观法律的运动的组成粒子，因此，独立适用于胶体和原子简单的液体。此外，我们验证了另一个最近提出的动力学等价性，这次是布朗流体及其相应的原子液体的长时间动力学之间的等价性（即，具有相同相互作用势的原子系统）。
2013-09-03 cond-mat.soft
Stochastic dynamics of collective modes for Brownian dipoles
胶体粒子的单独运动由过阻尼朗之万方程描述。当旋转自由度是相关的，这些被描述为一个相应的朗之万过程。我们的目的是表明，微观局部密度的胶体，在一个空间和旋转状态，也根据朗之万方程的演变。后者可以作为各种方法的出发点，从动态密度泛函理论到模式耦合近似。
2014-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dependence of phase behavior and surface tension on particle stiffness for active Brownian particles
我们研究准二维，单分散系统的活性布朗粒子（ABPs）的活动范围，刚度和密度。我们开发了一种微观分析方法，用于预测运动诱导相分离（MIPS）发生后形成的致密相结构，包括致密簇的面积分数，颗粒间压力和半径。我们的预测是在很好的协议与我们的布朗动力学模拟。然后，我们推导了一个连续介质模型，研究了动量方程中预测的粒子间压力、游动压力和宏观压力之间的关系。我们发现，制定逐点宏观压力作为粒子间的压力和建模的粒子活动，通过空间变化的体力-而不是体积平均游泳压力-结果在连续介质模型和微观理论的压力预测一致。该压力公式还导致相分离区域的表面张力几乎为零，而与活性、刚度和面积分数无关。此外，利用布朗动力学模拟和我们的连续介质模型，我们表明，界面宽度和表面张力，是系统的内在特性。另一方面，如果我们要排除体力活动引起的，我们发现，所得到的表面张力值是线性依赖于模拟的大小，相反的统计力学定义的表面张力。
2021-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Glassy Dynamics is Unaffected by the Microscopic Details of Self-Propulsion
近年来，人们对致密活性材料的兴趣迅速增加，这种材料在无序状态下与传统的被动玻璃形成物质有着惊人的相似之处。对于这样的被动玻璃状材料，已经很好地确定（至少在三维上）微观动力学的细节，例如，牛顿或布朗，不影响长时间的玻璃化行为。在这里，我们通过考虑两个简单而广泛使用的活性粒子模型来研究这在非平衡活性情况下是否仍然成立，即，活性Ornstein-Uhlenbeck粒子（AOUP）和活性布朗粒子（ABP）。特别是，我们寻求获得更多的洞察力的玻璃动力学的自推进机制的作用，通过推导热AOUP的模式耦合理论（MCT），这可以直接比较到最近开发的MCT的ABPs。这两种理论都明确地考虑了主动自由度。我们解决AOUP和ABP-MCT方程在两个维度，并证明这两个模型给出了几乎相同的结果，中间散射函数在各种各样的控制参数（包装分数，积极的速度，和持久性时间）。我们还证实了不同的自推进机制之间的理论等价性数值模拟的多分散混合物的活性准硬球，从而建立，至少对于这些模型系统，自推进的微观细节不改变活性玻璃态行为。
2022-12-10 cond-mat.soft
Active Brownian Particles and Run-and-Tumble Particles: a Comparative Study
活性布朗粒子（ABP）和滚转粒子（RTP）都以固定速度$v$沿着体轴${\bf u}$自推进，该体轴通过缓慢角扩散（ABP）或突然完全随机化（RTP）重新定向。我们在微观和宏观尺度上比较了这两个模型系统的物理特性。使用精确的结果，他们的稳态分布在外部电位的存在下，我们表明，他们都承认相同的有效平衡制度扰动，打破了较强的外部电位，在模型依赖的方式。在碰撞排斥的情况下，这种粒子在高密度下会减速：它们的推进力不变，但它们沿${\bf u}$的平均速率变为$v(ρ) < v$。于是，一个富有成效的方法是构造一个平均场描述，其中粒子是幽灵状的，没有碰撞，但以可变的速度$v$游动，该速度是密度$ρ$的显函数或泛函。我们给出的数值证据表明，最近所示的等价的波动流体动力学的ABPs和RTPs在这种情况下，我们在这里详细介绍，延伸到微观模型的ABPs和RTPs相互作用的排斥力。
2015-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Two-field theory for phase coexistence of active Brownian particles
本文通过模拟活性布朗粒子在墙附近的准一维系统中的极化场动力学，观察到从均匀到非均匀极化状态的转变，并提出了基于微观和现象学论证的密度与极化场的粗粒化方程，以解释相共存现象。
2025-10-15 cond-mat.soft
Long-time self-diffusion of Brownian Gaussian-core particles
利用广泛的布朗动力学计算机模拟，计算了高斯核粒子的长时间自扩散系数作为数密度的函数。球形和棒状粒子通过高斯段相互作用ar$对于增加浓度，我们发现，平移自扩散行为的非单调反映的结构再入效应的平衡相图。无论是在浓度为零的极限还是在浓度为无穷大的极限，它都接近于它的短时值。微观的Medina-Noyola理论定性地解释了平移的长时间扩散。另一方面，高斯棒的长时间取向扩散系数对于任何密度都非常接近其短时间对应物。讨论了超软杆弱旋扭耦合的一些意义。
2007-10-16 cond-mat.soft
Microscopic motility of isolated E. coli flagella
本文利用斜平面显微镜追踪自由扩散的大肠杆菌鞭毛，通过广义爱因斯坦关系直接测定其流体动力学推进矩阵，验证了鞭毛作为推进器效率极低（最大推进效率低于5%），并将布朗运动分析拓展到不对称三维粒子。
2022-08-31 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Linear Response Theory of Scale-Dependent Viscoelasticity for Overdamped Brownian Particle Systems
本文给出了过阻尼布朗粒子系统弛豫模量随空间尺度变化的线性响应理论。我们采用Irving-Kirkwood应力张量场作为微观应力张量场。我们表明，尺度依赖的弛豫模量张量，它的应力张量场的响应所施加的速度梯度场的特征，可以表示通过使用的关联函数的Irving-Kirkwood应力张量场。弛豫模量张量的空间傅里叶变换给出了依赖于波数的弛豫模量。对于各向同性和均匀系统，弛豫模量张量只有两个独立的分量。横向和纵向变形模式给出了波数依赖的剪切松弛模量和波数依赖的体松弛模量。作为简单的例子，我们给出了两个简单模型--无相互作用的布朗粒子模型和简谐哑铃模型的松弛模量的显式表达式。
2022-03-22 cond-mat.soft
Studying protein assembly with reversible Brownian dynamics of patchy particles
蛋白质复合物如病毒壳、中心粒、核孔复合物或肌动蛋白细胞骨架的组装强烈地由它们的空间结构决定。此外，越来越清楚的是，蛋白质组装的可逆性也是其生物学功能的基本要素。在这里，我们介绍了一种计算方法的各向异性组装和完全可逆反应的补丁粒子的布朗动力学。不同的粒子随机缔合和解离的微观反应速率取决于它们的相对空间位置。所有蛋白质复合物的平移和旋转扩散特性进行了评价。因为我们专注于可逆组装，我们引入了一个计划，确保详细的平衡补丁粒子。然后，我们展示了宏观速率如何遵循微观速率。作为一个有指导意义的例子，我们研究了组装的五聚体环结构，我们发现模拟结果和宏观动力学描述之间的协议，没有任何可调参数。这表明我们的方法正确地解释了蛋白质组装中涉及的扩散和反应过程。
2014-05-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Learning the Non-Equilibrium Dynamics of Brownian Movies
延时显微成像提供了直接访问软和生命系统的动态。在介观尺度下，这种显微镜实验揭示了内在的波动，这可能有热和非平衡起源。这些内在的波动，连同测量噪声，构成了一个重大的挑战，这些“布朗电影”的动力学分析。传统上，分析这种实验数据的方法依赖于追踪嵌入的或内源性的探针。然而，它是在一般不清楚如何选择适当的示踪剂，这是不明显的，特别是在复杂的多体系统，自由度是最有信息的非平衡性质。在这里，我们介绍了一种替代的，跟踪免费的方法，克服了这些困难，通过一个无监督的分析布朗电影。我们开发了一个降维方案，选择基于耗散的模式的基础上，我们随后学习在此基础上的非平衡动力学和估计的熵产生率。此外，我们推断系统中的时间分辨力图，并表明这种方法可扩展到大型系统，从而提供了一个潜在的替代微观力探针。在对我们的方法进行基准测试后，针对最小的双珠模型，我们通过活性生物聚合物凝胶激发的例子说明了其更广泛的适用性。
2020-01-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Confinement-induced accumulation and spontaneous de-mixing of microscopic active-passive mixtures
了解嘈杂的微尺度系统的非平衡特性以及它们可以在多大程度上被外部调制，是一个至关重要的科学和技术挑战。它有望解锁颠覆性的新技术，从体内化学物质的定向输送到新材料的定向组装。在这里，我们专注于如何利用活性物质来运输被动的微观系统在统计上可预测的方式。使用最小的主动-被动系统的弱布朗粒子和游泳的微藻，我们表明，空间限制导致一个复杂的非单调稳态分布的胶体，在边界处有一个明显的峰值。藻类的空间相关运动产生的空间相关泊松过程很好地捕捉了粒子的涌现主动动力学。根据我们的研究结果，我们然后实现实验的主动-被动悬浮液的自发去混合，打开了通过控制活动领域操纵胶体物体的方式。
2021-11-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamical Clustering Interrupts Motility Induced Phase Separation in Chiral Active Brownian Particles
活性物质中最有趣的现象之一是在排斥性活性粒子中观察到的类气-液运动诱导相分离（MIPS）。然而，实验上没有一个粒子可以是完美的球形，并且不对称的形状、质量分布或催化涂层可以在粒子上诱导主动扭矩，这使其成为手性活性粒子。在这里，使用计算机模拟和动态平均场论，我们证明了足够大的扭矩的圆形活性布朗粒子（cABPs）在二维产生一个动态的集群状态中断传统的MIPS。多重团簇是由常规MIPS内聚和环流引起的衰变相结合而产生的。非平衡稳态中的非零电流微观上来源于自动旋转“释放”的能动性，它打破了连续统水平上的细致平衡。这表明，没有平衡类相分离理论可以构建手性活性胶体，即使是微小的主动扭矩，其中没有可见的集体运动存在。这种机制也揭示了在各种活性物质系统中观察到的动态集群的理解。
2021-12-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Entropy production of active Brownian particles going from liquid to hexatic and solid phases
本研究通过数值方法考察二维活性布朗粒子系统在液、六方、固相中的熵产生，发现平均熵产生导数在六方-固相转变处显著变化，分布尾部结构由低序区粒子动力学机制导致且可由单粒子模型重现。
2024-12-10 cond-mat.soft
Memory-induced current reversal of Brownian motors
本文研究了记忆对布朗电机动力学的影响，揭示了记忆诱导的电流反转效应及相空间中的动态局域化现象。
2025-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical Mechanics and Hydrodynamics of Self-Propelled Hard Spheres
本文从自推进硬球的微观模型出发，利用非平衡统计力学和硬球动力学理论，导出了相互作用的主动布朗粒子的Smoluchowski方程。我们说明了实用的统计力学框架开发的两个应用程序。首先，我们推导出稳态的硬球活性流体的微观参数和第二，我们确定的临界密度在这个系统中的运动诱导相分离的发病。我们表明，这两个数量同意与过阻尼模拟的活性布朗粒子与排除体积相互作用的急剧排斥的潜力。这里提出的结果可以用来将排除体积效应在不同的自推进粒子模型。
2017-02-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motility-Induced Microphase and Macrophase Separation in a Two-Dimensional Active Brownian Particle System
作为非平衡力的结果，纯排斥性自推进颗粒经历浓相和稀相之间的宏观相分离。我们提出了一个深入的研究，这种动力学诱导相分离（MIPS）在两个维度的活性布朗粒子的有序动力学，我们表明，它是一般伴随着微相分离。密相的生长遵循类似于液-气相分离的规律。然而，它是由六角微区的马赛克，其尺寸不会无限粗化，留下一个扩展的拓扑缺陷的网络，从微观稀释气泡出现。这些有限尺寸结构的特征长度随活性而增加，与初始条件的选择无关。
2021-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic Gyration with Dissipative Coupling
研究微观旋转器在耗散耦合下的旋转机制，证明布朗椭球体和颗粒手性椭球体可通过固有耗散耦合与各向异性涨落实现旋转，科里奥利力主导颗粒尺度旋转频率，揭示其作为微型自主机器的潜力。
2023-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Power functional theory for Brownian dynamics
经典的密度泛函理论为确定非均匀流体的平衡性质提供了一个精确的变分框架。我们报告了一个推广的DFT处理的非平衡动力学的经典多体系统的布朗动力学。我们的方法是基于由可逆的自由能变化和不可逆的功耗动态功能。最小化这个“自由功率”功能相对于微观单体电流产生一个封闭的运动方程。在平衡极限，理论恢复了DFT的标准变分原理。用理想气体的功率耗散泛函近似绝热动力学密度泛函理论。近似过剩（超过理想）的功率耗散产生数值上易于处理的运动方程超越绝热近似，打开了大门系统的研究远离平衡。
2013-09-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flocking without alignment interactions in attractive active Brownian particles
本文通过吸引性活性布朗粒子模型证明，无需对齐相互作用也能产生集群行为，并揭示了从无序多团簇相到单一集群相的一级相变，挑战了传统观点。
2023-03-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flow regime transitions in dense non-Brownian suspensions: rheology, microstructural characterisation and constitutive modelling
采用离散元方法模拟了考虑颗粒接触和流体动力润滑的稠密非布朗悬浮液的剪切流动。由此产生的流态被映射在固体体积分数，剪切速率，流体粘度和颗粒刚度的参数空间中。在临界体积分数$ϕ_c$以下，流变学由Stokes数控制，Stokes数区分粘性和惯性流动状态。高于$ϕ_c$，低和中等剪切速率下存在准静态区域。在非常高的剪切速率下，失去了对$ϕ$的依赖性，并探索了软颗粒流变学。流变状态之间的过渡与润滑对悬浮应力的贡献有关。微观现象的转变，如粒子间的力分布，织物和相关长度被发现对应于那些在宏观流动。受整体流变学的启发，提出了一种本构模型，该模型将粘性压力项与Chialvo，Sun和Sundaresan提出的干颗粒模型相结合[Phys.Rev.E.2004]。\textbf{85}，021305（2012）]。该模型成功地捕捉流态过渡。
2014-12-11 cond-mat.soft
Mode-coupling theory for the steady-state dynamics of active Brownian particles
本文提出了一个二维球对称活性布朗粒子系统的稳态动力学理论。该理论的推导包括两个步骤。首先，我们将自推进积分出去，得到了粒子位置概率分布的多粒子演化方程。其次，我们利用投影算子技术和类模耦合因子分解近似导出了密度关联函数的运动方程。活性系统的非平衡特性通过稳态关联函数的存在来体现，该函数量化了粒子的微观稳态电流的空间相关性。该函数确定了短时动态对活动的依赖性。它还参与记忆矩阵的表达，从而影响长时间玻璃化动力学。
2019-03-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Arrhenius-Type Description and Noise-Composition Dependence of Single-Vacancy Hopping in Active Brownian Crystals
Department of Physics, Graduate School of Advanced Science and Engineering, Waseda University（早稻田大学先进理工学研究科物理系）
研究二维活性布朗粒子晶体中单空位跳跃，发现活性驱动下跳跃率不由自由粒子有效噪声幅度决定，被动极限下有阿累尼乌斯趋势，有效噪声依赖活性分数，揭示了活性晶体中有效温度描述对微观缺陷介导输运的失效。
2026-07-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Effects of the Interplay Between Motor and Brownian Forces on the Rheology of Active Gels
活性凝胶在细胞内发挥关键的机械作用，如细胞分裂、运动和力感测。执行这些功能所需的独特机械性能来自于分子马达和半柔性聚合物长丝之间的相互作用。分子马达可以将ATP水解释放的能量转化为高达皮牛顿量级的力。此外，形成活性凝胶的聚合物长丝足够柔韧以响应布朗力，但也足够硬以支撑由马达产生的力引起的大张力。预期布朗力具有显著的效果，特别是在运动活动中，在运动活动中制备稳定的非收缩性体外活性凝胶用于流变学测量。在这里，最初在电机主导动力学极限下制定的活性凝胶微观平均场论被扩展到包括布朗力。在这里提出的模型中，布朗力被准确地包括在内，在真实的室温下，即使在具有高运动活性的系统中。结果表明，一个微妙的相互作用，或竞争，电动机产生的力量和布朗力之间有一个重要的影响，在质量传输和流变性能的活性凝胶。模型预测表明，在低频率下，活性凝胶的动态模量主要由马达蛋白动力学决定。然而，布朗力显着增加的弛豫谱的宽度，并可以影响的形状的动态模量在一个很宽的频率范围内，即使电机布朗力的比例超过一百。由于电机和布朗力之间的比率是敏感的ATP浓度，这里提出的结果揭示了一些光的瞬态机械响应的活性凝胶如何改变与不同的ATP浓度。
2022-08-13 cond-mat.soft
Space-resolved dynamic light scattering within a millimetric drop: from Brownian diffusion to the swelling of hydrogel beads
提出一种新型时空分辨动态光散射装置，用于探测毫米级球形液滴内软物质微观动力学，成功验证布朗粒子动力学并揭示水凝胶微球溶胀过程中从非均匀到均匀、从类扩散到超扩散的动态演变。
2024-02-15 cond-mat.soft physics.optics
A unified framework for non-Brownian suspension flows and soft amorphous solids
虽然非布朗悬浮液在稀状态下的流变学是很好理解的，但它们在稠密极限下的行为仍然令人费解。随着颗粒的堆积分数增加，颗粒运动变得更加集体，导致随着材料接近堵塞转变，流变学中的长度尺度和缩放特性不断增长。没有公认的微观描述这种现象。然而，近年来人们已经认识到，简单非晶态固体的弹性受临界点、压力消失时的不堵塞转变以及弹性性质显示出缩放和发散的长度尺度的支配。这两种转变之间的对应关系目前尚不清楚。在这里，我们表明，对于一个简单的模型的稠密流，我们认为捕获的基本物理附近的干扰阈值，一个正式的类比之间的流的流变性和简单的网络的弹性。这种类比导致了一个新的概念框架，将微观结构与流变学联系起来。它使我们能够定义和计算数值正常模式和状态密度。我们发现流动态密度和接近无干扰的非晶态固体态密度之间有惊人的相似之处：两者都显示出高于某个频率标度ω* ~| z_c-z|其中z是接触的颗粒的网络的配位，z_c = 2D，其中D是空间维度。然而，一个惊人的差异出现：在另一个频率尺度ω_{min} << ω* 控制的粘度的发散的状态密度在流中显示出一个单一的模式。
2012-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Passive circular Brownian motion of asymmetric particles weakly bound to a planar surface
我们使用一个简单的颗粒形状模型来研究颗粒的不对称性如何影响颗粒表面的相互作用，取向和随机动力学在一个平面表面。有了这个几何模型，我们构建势能曲线作为相对于表面的粒子取向的函数，并确定从对称（球体）到不对称（椭圆形）的各种形状的粒子的势能最小值。计算出的粒子质心位置和势能最小位置之间的差异被用来定义一个偏移，这是有用的实验粒子轨迹的比较。对于非对称粒子，势能最小值位置与粒子长轴中心解耦。在此基础上，我们建立了一端固定在平面上的刚性转子的布朗运动模型。在不对称粒子的情况下，所得到的随机轨迹表现出被动的圆形布朗运动，从而提供了一个可能的微观机制的荧光上转换纳米粒子的表面附近的随机动力学我们以前报道。
2017-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Impact of dipole-dipole interactions on motility-induced phase separation
我们提出了一个偶极活性布朗粒子系统的流体动力学理论，在弱偶极耦合的制度，预测发病的运动诱导相分离（MIPS），符合布朗动力学（BD）模拟。的流体动力学方程推导出明确粗粒化的微观朗之万动力学，从而允许进入粗粒化模型和粒子分辨模拟的参数的定量比较。在固定密度下进行BD模拟，我们发现偶极相互作用倾向于阻碍MIPS，如在[Liao et al.，软物质，2020，16，2208]。在这里，我们证明了理论方法确实捕捉到了MIPS的抑制。此外，分析的数值获得的，角度相关的关联函数揭示了潜在的微观机制，导致不稳定的均匀相。
2022-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamical mean-field theory and weakly non-linear analysis for the phase separation of active Brownian particles
最近，我们通过对密度和极化的有效流体动力学方程进行弱非线性分析，导出了活性布朗粒子的相分离动力学的有效Cahn-Hilliard方程[Phys. Rev. Lett. 112，218304（2014）]。在这里，我们更详细地开发和探索这种策略，并明确展示如何从微观动力学开始进行大规模的平均场描述。从这种方法中产生的有效自由能具有传统的金兹伯格-朗道函数的形式。在粗尺度上，我们的研究结果，从而同意与被动流体的吸引力的相互作用，通过全球有效自由能（迁移率诱导的相变）的主动相分离的映射。特别注意的是支付给平方梯度项必要的动态。最后，我们讨论了数值模拟结果证实了分析结果。
2015-03-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The coherent motions of thermal active Brownian particles
热噪声掩盖了微观活性布朗粒子（ABP）运动间的相关性，本文通过在多滞后时间下对瞬时速度求平均，发现在比平动特征时间小一个数量级的尺度内，热涨落ABP的运动高度相干且与结构有序性一致。
2022-07-14 cond-mat.soft
Stochastic Path Integral for the Active Brownian Particle in a Harmonic Potential
本研究提出适用于简谐势中活性布朗粒子的随机路径积分方法，可推导含时矩解析表达式与位置概率分布级数展开，相比本征函数展开法更易推广，并验证了其处理带活性力矩体系的通用性。
2025-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental Realization of a Minimal Microscopic Heat Engine
微型热机是将热源之间的能量流转换为功或系统运动的微型系统。我们已经在实验上实现了一个最小的微观热机。它是由一个被光学捕获在椭圆势阱中的胶体布朗粒子组成，并同时耦合到两个沿垂直方向作用的不同温度的热浴中。对于浴槽和电势的主方向的一般布置，系统的对称性被破坏，使得热流驱动粒子围绕电势最小值的系统回转运动。使用实验测得的轨迹，我们量化的粒子的回转运动，产生的扭矩，它施加在潜在的，和相关的热流之间的热浴。我们发现实验结果和理论预测之间非常吻合。
2017-08-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian motion with time-dependent friction and single-particle dynamics in liquids
经典单原子液体中分子运动的微观理论，由Glass和Rice提出[Phy. Rev. 176，239（1968）]，重新审视和扩展到包括在布朗描述的原子扩散的动力摩擦在平均时间依赖的谐波力场。利用修正的非马尔可夫朗之万方程推导出摩擦系数随时间变化的速度自相关函数的运动方程。方程的数值解给出了一个很好的帐户的速度自相关函数在LJ液体，液体碱和过渡金属在很宽的密度和温度范围。推导了运动方程，得到了摩擦系数随时间变化的自洽表达式。我们的研究结果表明，摩擦系数的时间依赖性的性质与液体密度的变化显着。在低密度和中等密度下，动摩擦指数衰减，而在高液体密度下，动摩擦指数增加。我们的研究结果提供了一个机会，有一个新的前景布朗描述的原子动力学在液体中。
2022-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Microscopic dynamics underlying the anomalous diffusion
描述反常扩散的时间相关Tsallis统计分布通常在文献中作为非线性Fokker-Planck（FP）方程的解获得[A.R. Plastino和A. Plastino，Physica A，222，347（1995）]。本文件的范围是双重的。首先，我们表明，这种分布也可以得到的非线性多孔介质方程的解决方案。其次，我们证明了依赖于时间的Tsallis分布也可以作为线性FP方程的解来获得[G. Kaniadakis和P. Quarati，Physica A，237，229（1997）]，其系数取决于速度，其描述了广义布朗运动。这个线性FP方程所示产生的微观动力学由一个标准的Langevin方程存在乘性噪声。
2000-07-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Combined micro--macro integration scheme from an invariance principle: application to ferrofluid dynamics
基于宏观动力学相对于微观动力学的不变性，提出了一种细观与宏观相结合的模拟方法。该方法在整合过程中识别宏观描述的开始和崩溃。我们应用这种方法的情况下，铁磁流体动力学，在那里它切换之间的直接布朗动力学模拟和集成的本构方程。
2004-01-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Strain-transport superposition in shear-thinning dense non-Brownian suspensions
Monash University（莫纳什大学）
研究揭示了稠密非布朗悬浮液中剪切稀化现象与应变控制的运输机制，发现非仿射速度波动是主导剪切驱动运输的核心动力学尺度。
2026-01-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tuning the Viscosity and Jamming Point in Dense Active non-Brownian Suspensions
本文通过 run-and-tumble 粒子模拟研究稠密活性非布朗悬浮液，揭示活性如何降低黏度、移动阻塞点并改变力链结构，进而提出新本构定律。
2025-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unified Theory of Inertial Granular Flows and Non-Brownian Suspensions
硬颗粒的稠密流的流变特性是奇异的，因为一个接近堵塞的阈值，其中流动停止，无论是由惯性主导的空中颗粒流，和过阻尼悬浮液。同时，表征速度相关性的长度尺度在干扰时出现发散。在这里，我们介绍了一个理论框架，提出了一个试探性的，但可能完整的缩放描述的平稳流。我们的分析，重点是无摩擦颗粒，适用于{ \it两者}的悬浮液和惯性流动的硬颗粒。我们比较我们的预测与经验文献，以及与新的数值数据。总的来说，我们发现一个非常好的协议之间的理论和观测，除了摩擦惯性流的标度特性明显不同于无摩擦系统。对于过阻尼流，需要更多的观测来决定摩擦是否是一个相关的扰动。我们的分析对微观动力学量做出了几个新的预测，这些预测应该可以通过实验获得。
2015-05-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Pair-distribution function of active Brownian spheres in three spatial dimensions: simulation results and analytical representation
University of Münster（明斯特大学）；Lund University（隆德大学）
本研究利用布朗动力学模拟分析了三维空间中球形活性布朗粒子的完整配对分布函数，并提出了由活性和浓度参数化的解析表示，为定量模型提供输入并加深对致密活性流体微观结构的理解。
2023-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic origin of tunable assembly forces in chiral active environments
本文研究了活性浴中被动溶质间相互作用的微观起源，发现非手性活性浴无法动态引发组装，而手性活性粒子能产生稳定的长程组装力，其机制与奇扩散张量通量相关。
2024-04-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Engineered Swift Equilibration of a Brownian Gyrator
在随机热力学的背景下，最近提出了一种非平衡定态的极小模型：布朗回转器（BG）。它描述了随机过阻尼运动的粒子在二维谐波势，在经典的Ornstein-Uhlenbeck过程，但考虑同时存在两个独立的热浴。当两个浴具有不同的温度时，稳定的BG表现出旋转电流，这是非平衡动力学的明显特征。在这里，我们考虑一个随时间变化的潜力，我们应用逆向工程的方法来获得所需的协议，从一个初始的稳定状态切换到一个最终的稳定状态在有限的时间$τ$。该协议可以通过首先选择一个任意的准静态对应-很少的约束-然后添加一个有限时间的贡献，它只取决于所选择的准静态形式，其顺序为$1/τ$。我们还得到了一个条件的转换-在有限的时间-保存内能，有用的应用程序，如设计的微观热机。我们的研究将有限时间随机热力学扩展到连接非平衡稳态的变换。
2020-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dispersionless Flat Mode and Vibrational Anomaly in Active Brownian Vibrators Induced by String-like Dynamical Defects
本研究在近二维双分散活性布朗振子系统中发现低能横向平模及振动态密度反常超额，证实类弦动力学缺陷是其微观起源，为理解活性物质集体行为提供了新机制。
2024-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Macroscopic equivalence for microscopic motion in a turbulence driven three-dimensional self-assembly reactor
我们建立了一个宏观的自组装反应器，搅拌磁性，厘米大小的颗粒与湍流水流的特点。通过将自组装过程按比例放大到厘米级，特征时间常数尺度也急剧增加。这使得该系统成为微观自组装的物理模拟器，其中插入粒子的相互作用很容易观察到。单粒子的轨迹分析表明，它们的速度是麦克斯韦-玻尔兹曼分布，它表明，它们的平均平方位移随时间的推移，可以模拟由一个有限的随机游走模型，表现出高水平的相似性布朗运动。两个粒子之间的相互作用已经被建模，并通过观察两个粒子之间的距离随时间的推移进行了实验验证。通过实验获得的扰动能量（类似于温度）随球体尺寸的增加而增加，并且在单球体和双球体系统之间相差一个数量级（分别约为80 $\mathrm{μJ}$和6.5 $\mathrm{μJ}$）。
2017-09-12 cond-mat.soft nlin.AO nlin.CD
