Hydrodynamics of thermal active matter
本文利用Schwinger-Keldysh有效场论建立热活性物质的流体动力学框架，揭示活性贡献源于时间平移对称性破缺，并推导了活性超流体和向列相的有效作用量与输运系数。
2025-11-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech hep-th
The statistical physics of active matter: from self-catalytic colloids to living cells
这些课堂讲稿的目的是提供对活性物质现象学的简要介绍，并介绍一些用来合理化活性系统涌现行为的分析工具。这样的系统是由相互作用的代理人能够提取存储在环境中的能量，以产生持续的定向运动。能量到机械功的局部转换使系统远离平衡，产生新的动力学和相。新兴的现象可以根据活跃粒子的对称性和微观相互作用的类型进行分类。我们在这里集中在空间和对齐的相互作用，以及形状变化驱动的相互作用。我们提出的模型都是受到合成，仿生或生命系统的实验实现的启发。基于最小的成分，他们是为了带来一个简单的和综合的理解复杂的现象学的活性物质。
2017-12-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Deciphering long-range order in active matter: Insights from swimming bacteria in quasi-2D and electrokinetic Janus particles
本文综述了活性物质系统中二维长程取向有序的理论描述与实验进展，对比了游动细菌和电动Janus粒子等微游动系统中的数值、理论与实验结果，并探讨了该领域的未来挑战。
2023-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Noise-driven odd elastic waves in living chiral active matter
本文揭示噪声是过阻尼活性系统中产生持续奇数弹性波的必要条件，并给出了发生判据和相图，为实验实现自持弹性波提供了理论预测。
2025-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Future Directions for Active Matter on Ordered Substrates
本文综述并展望了活性物质粒子与周期性基底耦合系统中的新型公度效应、定向锁定及活性相，并提出包括活性孤子、活性莫特相和活性人工自旋冰等未来研究方向。
2022-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Chirality, confinement and dimensionality govern re-entrant transitions in active matter
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育研究所莫哈利分校）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；University of Vermont（佛蒙特大学）；Institute of Physics（物理研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴哈国家研究所）
本研究揭示了手性、约束与维度如何共同决定活性物质中重新进入相变，通过解析框架和模拟分析，展示了不同维度下活性态与被动态的转变机制及实验特征。
2025-11-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Lévy Matter: Anomalous Diffusion, Hydrodynamics and Linear Stability
异常扩散，表现为非线性时间演化的位置均方位移，和/或非高斯特征的位置统计，是普遍存在于生物运输过程。同样地，集体行为也经常被观察到自发地出现在生物系统中运动单位之间的相互作用中。在最近对鸟群、鱼群和细菌群进行的实验中发现了可以同时观察到这些现象的例子。这些结果提出了一个有趣的问题，这不能解决现有的理论活性物质：如何是这些系统的集体运动的影响，由异常扩散的组成单位？在这里，我们回答了这个问题的微观模型的活性Lévy物质-一个收集的活性粒子，执行超扩散类似于Lévy飞行和相互作用，促进极性对齐的方向。详细推导了该模型的流体动力学运动方程，从这些方程中得到了无序或有序状态的判据，并在集体运动开始时对这些状态进行了线性稳定性分析。我们的分析表明，无序有序相变在活性Lévy物质是关键的，在普通的活性流体的相变，而不是，一阶。相应地，我们估计的临界指数的过渡有限尺寸标度分析，并使用这些数值估计，我们的研究结果与已知的普适性类。这些结果突出了新的物理所表现出的活性物质集成异常扩散单粒子运动和粒子间的相互作用。
2020-03-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Symmetry, Thermodynamics and Topology in Active Matter
本文总结了2020年春季在Kavli理论物理研究所（KITP）举行的为期九周的活动Active 20期间出现的活性物质领域的一些开放性问题。这篇文章不提供该领域的评论，而是作者的个人观点，通过所有参与者的贡献，对活性物质研究的新方向。突出的主题包括：自发流动和主动湍流的普遍存在以及与控制和利用这种流动相关的理论和实验挑战;活性物质有序状态中运动拓扑缺陷的作用及其可能的生物学相关性;非互易有效相互作用的出现和手性在活性系统中的作用及其与非厄米量子力学的有趣联系;由于理论和实验之间的反馈，主动系统的热力学公式化的进展;活性物质框架对我们理解生物组织的涌现力学的影响。这些看似不同的现象都源于活性物质的定义属性-自我驱动的实体的集合，单独打破时间反演对称性，并在各种各样的非平衡状态中集体组织。
2021-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Physics of Smart Matter: integrating active matter and control to gain insights into living systems
我们提供我们的意见，从活性物质物理学的见解与监管互动和控制的原则，以开发一个领域，我们称之为“智能物质”的整合的好处。该领域可以提供对生命系统中重要原则的深入了解，以及对响应，强大和功能性集体的援助工程。
2023-02-01 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Kinetic Monte-Carlo Algorithms for Active-Matter systems
我们研究了活性粒子的动力学Monte-Carlo（KMC）描述。KMC算法依靠大的离散时间步长，加速主动系统的松弛动力学向其稳态。然而，我们发现，他们的连续时间限制是不明确的，导致消失的商标行为的活性物质，如运动诱导的相分离，棘轮效应，以及分散的机械压力。我们将展示如何混合被动步骤与主动步骤规范化这种行为，导致一个定义良好的连续时间限制。我们提出了新的AKMC算法，其连续时间的限制导致主动奥恩斯坦乌伦贝克，主动布朗，和运行和翻滚粒子的主动动力学。
2021-12-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Planktonic Active Matter
浮游活性物质代表了一个跨越不同尺度的新兴系统：个体、种群和群落;以及从亚细胞和细胞到集体和生态系统尺度动态的复杂性。这种跨尺度的活性物质系统对一系列非生物因素（温度、流体流动和光照条件）和生物因素（养分、pH值、次级代谢物）作出反应，这些因素是它们所属的相关生态系统的特征。细胞表型的主动调节，包括形态、运动性和细胞内组织，使嗜热微生物能够与其他个体和物种动态地相互作用;并适应-通常迅速-环境的变化。在这一章中，我讨论了传统和当代的方法来研究这个多尺度的活性物质系统的动态从机械的角度来看，具体参考他们的本地设置和他们的能力，积极调整的行为和生理，以及新兴的结构和功能，他们引起自然生态的限制，以及由于气候变化的趋势。
2023-01-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Reply to Comment on`Entropy production and fluctuation theorems for active matter'
这是对D. Mandal，K. Kandyko和M. R. DeWeese出版为Phys. Rev. Lett。119，258001（2017）。
2018-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropy production and fluctuation theorems for active matter
活性生物系统远离平衡，即使在稳定状态下也会散热，因此需要扩展传统的平衡热力学和统计力学。在这封信中，我们已经扩展了随机热力学的新兴框架，活性物质。特别是，对于主动Ornstein-Uhlenbeck模型，我们提供了一致的定义的热力学量，如功，能量，热量，熵，熵产生的水平上的单一，随机轨迹和推导出相关的波动关系。我们已经开发了一个推广的克劳修斯不等式，这是有效的，即使在存在的非哈密顿动力学的活性物质系统。我们已经说明了我们的结果与明确的数值研究。
2017-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topological defects in polar active matter
Njord Centre, Department of Physics, University of Oslo（奥斯陆大学物理系诺尔德中心）；Department of Microbiology, Oslo University Hospital（奥斯陆大学医院微生物系）
本文综述了极性活性物质（如动物群、运动细胞聚集体和活性胶体）中全整数拓扑缺陷的实验观察和理论进展，揭示了这些缺陷如何介导动态转变并促进大规模相干态的自发涌现。
2025-04-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Entropy of state transitions in macroscopic active matter
本研究提出基于自由度的熵评估框架，利用机动球体活性粒子实验，证明宏观活性物质在不同活性状态间转变时伴随熵的离散跃迁，揭示了活性系统具有类似经典热力学相变的特性。
2024-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective states of active matter with stochastic reversals: emergent chiral states and spontaneous current switching
研究了具有拓扑相互作用和方向反转的活性粒子的集体动力学行为。令人惊讶的现象显示出现的相互作用弛豫时间是不同的相对于反转率，如自发形成的集体手征态由于相位同步，集体方向反转的存在下的限制。这些结果对模拟和理解活性物质中的集体反转和同步现象有直接的关系。
2022-03-10 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
Phoretic Active Matter
这些笔记是在Les Houches暑期学校“活性物质和非平衡统计物理”在2018年8月和9月期间给出的一系列讲座的帐户。讲座可在[http：//www.ds.mpg.de/lmp/lectures/les-houches-2018]在线观看。
2019-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Irreversibility in active matter: General framework for active Ornstein-Uhlenbeck particles
活性物质系统通过将能量转化为单个组分水平上的局部定向运动而被驱离平衡。在最小描述的精神下，活性物质通常由所谓的活性奥恩斯坦-乌伦贝克粒子（AOUP）来建模，这是被动布朗运动的延伸，其中活性由具有简单统计特性的额外波动非平衡“力”（奥恩斯坦-乌伦贝克过程）表示。虽然在被动布朗运动中，沿着轨迹的熵产生与不可逆性有关，即观察某个粒子在时间上向前的轨迹与观察其时间反向的孪生轨迹的概率的对数比，但对于活性物质，这些概念之间的联系不太清楚。因此，它是至关重要的，以提供明确的表达式的不可逆性的活动粒子轨迹的基础上可测量的量单独的，如粒子的位置。在本技术说明中，我们根据路径概率比（前向路径与后向路径）推导出AOUP不可逆性的一般表达式，通过允许任意初始粒子分布和主动驱动状态，扩展了[PRX 9，021009（2019）]的最新结果。
2020-11-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Super-Gaussian, super-diffusive transport of multi-mode active matter
活细胞表现出多模式运输，在主动的、自推进的运动和看似被动的、随机的运动之间切换。转运模式转换的细胞决策是一个随机过程，它依赖于调节细胞迁移过程的细胞内化学网络的动态。本文提出了多模活性物质的理论和精确可解模型。我们精确的模型研究表明，被动模式和主动模式之间的可逆转换是异常的，超高斯输运动力学，这已被观察到在各种实验中的多模活性物质的起源。我们还提出了我们的模型的推广，包括复杂的多模物质与任意的内部状态化学动力学和内部状态依赖的传输动力学。
2017-08-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Half-integer and full-integer topological defects in polar active matter: Emergence, crossover, and coexistence
活性拓扑缺陷的存在和重要性越来越多地在不同的生物和仿生系统中实现。我们介绍了一个连续模型的极性活性物质，守恒定律和对称性的论点的基础上，概括了极性和非极性的拓扑缺陷的功能在活跃的湍流。利用连续介质模型的数值模拟，我们证明了极性活性物质的半整数和全整数拓扑缺陷的出现。有趣的是，我们发现，从半到全整数缺陷的活跃湍流的交叉可以出现以两种缺陷类型为特征的共存区域。这些结果提出了一个最小的，通用的框架，研究拓扑缺陷模式的活性物质，这是能够解释出现的半整数缺陷的极性系统，如细菌和细胞单层，以及预测出现共存的缺陷状态的活性物质。
2021-06-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Non-Gaussian noise without memory in active matter
对单个活性粒子的动力学建模总是涉及到各向同性的噪声自推进分量，其形式是奔跑和翻滚运动或围绕它的变化。这种非平衡噪声源既不是白噪声--也不是高斯噪声--也不是持久噪声。虽然新兴的集体行为在活性物质迄今已被归因于持久的成分，我们专注于非高斯成分的自我推进。我们表明，通过本身，这是没有调用任何记忆效应，它是能够产生粒子的积累接近边界和有效的吸引力，否则排斥粒子，一般导致运动诱导的相分离的机制，在活性物质。
2018-11-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comment on "Entropy Production and Fluctuation Theorems for Active Matter"
这是对D. Mandal，K. Kandyko和M. R. DeWeese出版为Phys. Rev. Lett。119，258001（2017）。
2018-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Drop of Active Matter
本文从理论上研究了放置在固体表面上的含有取向细丝的液滴的流体动力学。主动应力改变定性的润湿性能的下降，导致新的传播规律和新颖的静态液滴形状。用于测试我们的预测的候选系统包括具有马达和ATP的细胞骨架提取物、细菌或脉动细胞的悬浮液或充满人工自推进胶体的流体。
2012-01-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase field models of active matter
我们提出了一个概述相场建模的活性物质系统作为一种工具，用于捕捉复杂和活跃的接口的各个方面。我们首先描述了如何在相场模型中描述不同相之间的界面，并提供了描述其演变的简单基本控制方程。对于一个简单的模型，然后我们展示了如何界面的物理性质，如表面张力和界面厚度，可以从这些方程中恢复。然后，我们解释了如何相场制剂可以耦合到各种活性物质实现和讨论连续两相活性物质的三个特定的例子：活性向列型各向同性接口，活性物质在粘弹性环境中，并在流体背景中的活性壳。最后，我们描述了如何多相场可以用来模拟活跃的细胞单层，并提出了一个一般的框架，可以应用于组织行为和集体迁移的研究。
2021-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Geometry-Induced Dynamics of Confined Chiral Active Matter
该研究针对手性活性物质中物理约束与手性运动的相互作用机制不明确的问题，通过对圆形边界下的手性自驱动粒子开展数值模拟，发现粒子手性会显著改变受限集体运动形式，且取向变化平衡是有序运动的关键，明确了位阻边界效应对手性活性物质的调控作用。
2023-07-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Direct evaluation of rare events in active matter from variational path sampling
活性物质代表了一大类系统，由于能量的局部注入，这些系统远离平衡而演化。像它们的被动类似物一样，活性物质中不同亚稳态之间的转换通过罕见的波动进行，然而它们的细致平衡破坏动力学使得这些事件难以研究。在这里，我们提出了一种模拟方法，用于评估罕见的事件在一般的非平衡系统的速率和机制，并将其应用于研究的被动溶质在主动流体的构象变化。该方法采用变分优化的控制力，使罕见的事件是一个典型的，提供一个精确的估计其速率的路径配分函数的比率。使用这种方法，我们发现，增加活性浴中的活性可以提高被动溶质的构象转换率的方式与最近的边界从随机热力学一致。
2021-12-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Matter Transport and Jamming on Disordered Landscapes
我们用数值方法研究了由固定障碍物组成的随机无序景观上的漂移力驱动的主动奔跑翻滚粒子的运输。对于增加的运行长度，净颗粒传输最初增加之前达到最大值，并在较大的运行长度下降。传输减少与簇或活晶体状态的形成有关，这些状态被障碍物局部堵塞或阻塞。我们还发现，该系统动态堵塞在较低的颗粒密度时，运行长度增加。我们的研究结果表明，有一个最佳的活性水平，活性物质运输通过淬火无序，并可能是重要的理解在复杂环境中的生物运输或应用程序的活性物质颗粒在随机介质中。
2014-02-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dry, aligning, dilute, active matter: A synthetic and self-contained overview
这些笔记是基于暑期学校期间给出的讲座“活性物质和非平衡统计物理”，在2018年9月在Les Houches举行。干燥、排列、稀释、活性物质（DADAM）及其许多形容词，指的是活性物质研究的多维、快速增长领域的一个角落。然而，这个角落对整个领域具有历史和理论上的重要性。这些讲义首先描述了DADAM的特殊地位。然后，我们提供了一个综合和连贯的方式，我们目前的知识DADAM的概述。这构成了这些笔记的大部分。为了方便起见，我们首先描述了简单的活性粒子模型的基本DADAM类的现象，限制自己的两个空间维度，其中大部分工作已经完成。然后，我们讨论了连续流体力学理论推导出这些模型使用Boltzmann-Ginzburg-Landau方法。我们特别表明，他们在很大程度上是忠实于微观水平，虽然定性。在结论中，我们回到节点的情况下，DADAM内活性物质的研究，并提供了如何可以扩展DADAM知识到各个方向的观点，接近更现实，更复杂的情况下，在一个可控的方式。
2019-06-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active matter under control: Insights from response theory
本文结合随机热力学与非平衡响应理论，提出并实现了一个多功能框架，用于在任意远离平衡条件下寻找连续或离散态活性系统的热力学最优控制，为设计以最小耗散切换状态的新型活性材料奠定基础。
2024-02-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intermittent Attractive Interactions Lead to Microphase Separation in Non-motile Active Matter
非运动的活性物质表现出广泛的非平衡集体现象，但文献中的例子非常缺乏。我们提出了一个微观模型的灵感来自细菌{ \it脑膜炎奈瑟氏菌}，其中扩散剂感觉间歇性的吸引力。通过一个正式的粗粒化程序，我们表明，这个真正的标量模型的活性物质表现出时间反演对称性破缺条款定义的{ \it活动模型B+}类。特别是，我们确认微相分离的存在下，通过数值求解动力学方程。我们表明，开关速率控制的相互作用提供了一个调节机制，调整典型的集群大小，例如，在通过IV型菌毛相互作用的细菌种群。
2022-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Emerging mesoscale flows and chaotic advection in dense active matter
本文通过研究二维过阻尼自推进圆盘模型，发现稠密活性流体中由拥挤效应与持续推进竞争所驱动的介尺度混沌平流，揭示了一种区别于其他活性系统集体流动的新型活性湍流。
2023-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Ratchet Effects in Active Matter Systems
棘轮效应可能会出现单个或集体相互作用的布朗粒子在不对称基板上时，净直流运输是由外部施加的交流驱动力或周期性闪烁的基板。最近，通过使用活性物质已经实现了一类新的主动棘轮系统，所述主动棘轮系统是可以是生物或非生物性质的自推进单元。当活性材料如游动细菌与不对称基底相互作用时，即使没有外部驱动，也可以产生净直流定向运动，从而打开了大量的可能性，如分选，货物运输或微机械构造。我们回顾了目前的状况，活性物质棘轮游动细菌，细胞，活性胶体，和群集模型，重点是粒子-基质相互作用的作用。我们描述棘轮逆转集体效应和使用主动棘轮运输被动粒子。我们讨论了未来的发展方向，包括变形基板或粒子，不同的游泳模式的作用，不同的粒子-粒子相互作用，和非耗散效应。
2016-04-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Model H: Scalar Active Matter in a Momentum-Conserving Fluid
我们提出了一个自推进粒子的连续理论，没有对齐的相互作用，在动量守恒的溶剂。为了解决相分离，我们引入了一个标量浓度场$ϕ$与对流扩散动力学。活动产生对偏应力的贡献$Σ_{ij}=-ζ((\partial_iϕ)(\partial_jϕ)-(\nablaϕ)^{2}δ_{ij}/d)$，其中$ζ$在时间反演下是奇数，而$d$是空间维数;这导致对收缩性游泳者为负的有效界面张力贡献。我们预测，域的增长，然后停止在扩散粗化的界面的主动拉伸平衡的长度尺度，并确认这一数字。因此，即使没有排列相互作用，活动和流体动力学的相互作用也是非常重要的。
2015-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Synthetic Quorum Sensing and Absorbing Phase Transitions in Colloidal Active Matter
本研究设计了能响应拥挤调节活性的胶体活性杆，实现合成群体感应，并通过实验、模拟和理论揭示其可导致吸收相变或非典型相分离，为自适应活性物质提供普适见解。
2025-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spontaneous stable rotation of flocking flexible active matter
本文提出 n 节点柔性活性物质模型，揭示二维无约束个体集群时由身体排列手性与活性力共同驱动的自发稳定旋转，并量化角速度与手性的线性关系。
2023-08-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structure and Memory Control Self-Diffusion in Active Matter
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究揭示了活性物质中自扩散的微观机制，通过碰撞力和时间相关性建立了自扩散系数的精确表达式，阐明了碰撞记忆的耗散作用。
2026-01-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A review of active matter reviews
本文针对快速增长且高度多样化的主动物质领域，以元综述形式调查了超过600篇现有综述文章，为各子学科提供了系统性概述和文献检索起点。
2024-05-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Inclusions, Boundaries and Disorder in Scalar Active Matter
本文综述干性标量活性物质与边界、内含物、示踪粒子及无序势的相互作用，从力学压力、示踪动力学和长程密度调制等角度阐明环境对相分离等行为的显著影响。
2023-09-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comment on Ihle, "Towards a quantitative kinetic theory of polar active matter"
对T. Ihle，arXiv：1401.8056.
2014-04-15 cond-mat.soft
A unified theory of emergent equilibrium phenomena in active and passive matter
最近对活性物质理论的尝试利用了流体力学、动力学理论和非平衡统计物理学的概念和方法。然而，这些方法似乎通常没有认识到某些活性物质（特别是生物物质）的关键特征，即目的的作用，以及自然伴随的追求最大效用的概念，我们认为这是活性物质和被动物质之间的关键区别。在这里，我们介绍了一种新的博弈论框架，统计目的动力学，明确说明了这一特点，并显示它如何可以与传统的统计力学相结合，开发一个统一的理论套利均衡的主动和被动的问题。我们提出了一个自我实现能力的光谱，从没有到完全的战略决策，并设想了各种各样的例子，活性物质系统占据这个光谱中的某个地方。我们展示了统计目的动力学如何在自我实现为零的极限中还原为统计力学中常见的结果。在另一个极端，在经济环境中，它提供了关于理想自由市场社会中收入分配及其公平性的新见解。作为这些限制之间的代理商的例子，我们展示了我们的理论如何预测活跃的布朗粒子的行为，蚂蚁坑的出现，以及社会隔离动态中的相平衡。我们认为，我们的理论提供了一个新的系统理论的角度来看，紧急现象，可以作为一个更全面的理论设计，控制和优化，通过自组织的起点。
2022-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Data-driven quantitative modeling of bacterial active nematics
活性物质包括将能量转化为机械运动的单个单元。在许多实例中，例如细菌系统和生物丝测定，组成单元是细长的，并且可以产生局部双取向顺序。这种“主动向列”系统引起了理论家和实验家的极大关注。然而，尽管进行了大量的研究工作，但数据驱动的定量建模尚未实现，这主要是由于缺乏系统的实验数据以及当前模型的参数数量庞大。在这里，我们介绍了一种新的主动线虫系统的丝状菌群集。我们同时测量方向和速度场，并表明我们的系统的复杂的时空动力学可以定量再现的一种新型的主动悬浮液的重要参数都是从全面的实验数据估计的微观模型。这提供了前所未有的访问关键有效的参数和机制，管理主动向列相。我们的方法适用于不同类型的稠密悬浮液，并显示了一条通往更定量的活性物质研究的道路。
2020-11-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-Markovian modeling of non-equilibrium fluctuations and dissipation in active viscoelastic biomatter
基于一个包含示踪剂和活性粒子之间弹性耦合的哈密顿量，我们推导出一个广义Langevin模型，用于描述活性粘弹性生物物质的非平衡力学响应。我们的模型考虑了嵌入聚合物网络的幂律粘弹性响应以及活性和示踪粒子之间的非平衡能量转移。我们的频率依赖性响应函数和位置自相关函数的解析表达式同意很好的红细胞和肌动球蛋白网络与ATP的实验数据。拟合的有效活性粒子的温度，弹性常数和有效摩擦系数，我们的模型允许直接的物理解释。
2022-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Geometric Control of Active Matter
本研究将热力学几何拓展至活性物质系统，提出最小化非平衡驱动能量成本的几何框架，发现活性系统最优输运速度与自推进速度一致，并通过主动单温热机优化验证了方法有效性。
2024-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unifying hydrodynamic theory for motility-regulated active matter: from single particles to interacting polymers
University of Geneva（日内瓦大学）
研究如何微观运动性影响集体行为，提出统一的流体力学理论，揭示了由群体感应调控的活性聚合物中新的运动性诱导相分离形式，即反MIPS。
2026-04-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective temperature of active fluids and sheared granular matter
由自推进粒子的内部活动驱动的活性流体内的动力学是非平衡物理学中深入研究的主题。这些系统已被探索使用模拟，其中被动示踪剂粒子的运动如下。类似的研究已经进行了被动颗粒物质，这是由剪切其边界驱动。在这两种类型的系统的非平衡运动已被量化，通过定义一组“有效温度”，使用示踪粒子动能和波动耗散关系。我们证明，这些有效的温度提取的多体模拟拟合的解析表达式，得到一个单一的活性粒子内的粘弹性流体。这一结果提供了可检验的预测，并提出了一个统一的描述内的动态主动系统。
2018-03-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
A direct link between active matter and sheared granular systems
近年来，人们注意到致密活性物质和剪切非晶态固体在机械性能上的相似性，但没有对潜在的机理进行严格的研究。我们开发了一个平均场模型，预测它们的临界行为在无限维中应该是等效的，直到一个重新缩放因子，该因子取决于所施加的场的相关长度。我们测试这些预测在二维使用一个新的数值协议，称为“非热准静态随机位移”，并发现这些平均场的预测是令人惊讶的准确在低维。我们确定了一个一般类的扰动，顺利插入之间的不相关的本地化的力量，发生在高持久性的限制密集的活性物质，和系统跨越相关的位移下发生的剪切。这些结果提出了一个通用的框架，预测流动，变形和失效的活性和剪切无序材料。
2021-08-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Taming Polar Active Matter with Moving Substrates: Directed Transport and Counterpropagating Macrobands
在使用活性颗粒作为靶向货物载体的目标之后，例如，目的在于向癌细胞递送药物，寻求用外部场控制单个活性颗粒是活性物质中最探索的主题之一。在这里，我们提供了一个计划，允许控制集体行为的活性物质，集中在波动带模式自然发生，例如在Vicsek模型。我们发现，暴露这些图案的行波势驯服他们，但在一个显着的非平凡的方式：乐队，最初针的潜力和comove与它，在随后的碰撞，自组织成一个宏带，具有可预测的运输对运动的方向的旅行潜力。我们的研究结果提供了一种途径，同时控制运输和结构，即微观与宏观相分离，在极性活性物质。
2018-10-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Spatial Structures and Giant Number Fluctuations in Models of Active Matter
在活性物质系统中，有序态的大尺度涨落通常通过研究任何有限体积中粒子的“巨数涨落”来表征，与中心极限定理的期望相比。然而，在有序系统中，密度有序的波动往往被捕获通过其结构函数偏离Porod定律。本文研究了不同模型的活性物质以及其它非平衡系统的巨数涨落与结构函数之间的关系。一个统一的画面出现，不同的模型根据其结构功能的性质分为四个不同的类别。对于一类，我们表明，实验主义者可能会发现违反Porod定律，通过测量subleading更正的数量波动。
2012-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective temperature and glassy dynamics of active matter
一个系统的扩展的多体主方程的活性物质，其中电机功率的构型变化，在细胞骨架，示出产生的稳态和响应的描述在一个有效的温度。有效温度取决于马达的磁化率和测量其相对于热布朗扩散的强度的佩克莱数。分析预测与以前的数值模拟和实验结果一致。该映射还建立了活性物质的老化描述，该物质也被动力学地堵塞。
2011-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Entropy production fluctuations encode collective behavior in active matter
本文导出了相互作用活性物质系统熵产生分布的一般下界。我们在四个典型的活性物质模型中探讨了粒子间的关联是小的和短程的，在这种限制下，该边界是紧的。在所有的模型研究中，绑定是弱的集体波动的结果，在长程相关性，随后链接的位置的相变增强熵产生波动。我们开发了一个理论的发病增强波动，并将其与特定的相变在活跃的布朗粒子。我们还推导出最优控制力，实现必要的动态调整耗散和操作系统之间的阶段。在这样做的过程中，我们揭示了熵产生和斑图形成之间的一般关系，在活性物质，以及控制它的方法。
2020-12-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Optimal escapes in active matter
本文研究活性粒子逃逸过程中的非单调行为，通过一维解析与二维模拟揭示边界积累导致存在最优翻滚率以促进快速逃逸。
2023-11-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Susceptibility of Orientationally-Ordered Active Matter to Chirality Disorder
我们调查的敏感性的长程有序相的二维干对齐活性物质人口无序，采取的形式的分布的内在个人手性。使用粒子级模型和流体动力学理论的组合，我们表明，虽然在有限的系统中，所有有序相抵抗有限数量的这种手性无序，均匀的（极性群和活性向列相）是不稳定的任何数量的无序在无限大小的限制。另一方面，我们发现共存相（带）的非均匀解可以抵抗有限数量的手征性无序，甚至渐近。
2021-07-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Role of kinematic constraints in the time reversal symmetry breaking of a model active matter
本研究提出基于碰撞事件Kullback-Leibler散度的BTRS定量度量方法，在球形滚动机器人构成的人工活性物质中验证，揭示运动学约束对耗散的影响，发现非平凡涨落对称性与活性诱导聚集现象。
2024-09-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
