Dynamic oscillatory cluster ordering of self-propelled droplets
我们在这里报告一个特殊的动态有序状态的集群液滴的有机溶剂的混合物。这些液滴由表面活性剂水溶液表面上的溶质Marangoni效应驱动。它们形成时间环簇，在形成后立即开始崩溃。该过程重复5- 20分钟，持续数小时以上。我们提出了一个非均匀力模型，从现象学上理解这种动力学的基本机制，其中作用在每个粒子上的力被不同地控制。这种液滴系统提供了一个简单的，非生物的实验模型，研究复杂的动力学状态实现了一组自推进粒子。
2017-06-01 cond-mat.soft
Microphase separation in two dimensional suspensions of self-propelled spheres and dumbbells
我们利用数值模拟研究了自推进球形和哑铃形粒子通过微相分离诱导势相互作用的相行为。我们的研究结果表明，在适当的条件下，有可能驱动形成两个新的活性状态;自旋簇晶体，即具有有限大小的自旋微晶作为晶格位置的有序介观相，和活簇流体，即每个“颗粒”是有限大小的活簇的二维流体。我们讨论了这些阶段的动力学，并提出了在广泛的积极力量下扩展其稳定性的方法。
2015-10-12 cond-mat.soft
Collective motion of self-propelled particles interacting without cohesion
我们提出了一个全面的研究Vicsek风格的自推进粒子模型在两个和三个空间维度。集体运动的发病在这样的随机模型，只有局部对齐相互作用的详细研究，并显示是不连续的（一阶）。有序的，集体移动相的性质进行了研究。在一个大的域的参数空间，包括过渡区，定义良好的高密度和高阶传播孤立子结构被证明占主导地位的动态。另一方面，离过渡区足够远的地方，这些物体就不存在了。然后观察到一个平行均匀的有序相，其特征在于非常强的密度波动，超扩散，和强的不对称性。
2007-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Power-law correlation in the homogeneous disordered state of anisotropically self-propelled systems
本文通过流体力学论证、自推进晶格气体模拟及非厄米微扰理论，揭示了各向异性自推进系统均匀无序态中密度与极性关联的普适幂律衰减规律，并给出结构因子解析表达式。
2024-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Competing ferromagnetic and nematic alignment in self-propelled polar particles
我们研究了Vicsek式的自推进粒子模型，其中铁磁和铁磁排列在通常的“度量”版本和“无度量”的情况下，粒子与其Voronoi邻居相互作用的竞争。我们证明了这个非平衡XY模型的相图与它的平衡对应物的相图相似：在[F. Ginelli，F.佩鲁阿尼湾Baer和H. Chaté，Phys. Rev. Lett. 104，184502（2010）]，因此对于向铁磁对准引入适度的相互作用偏置是稳健的。极性和双序相位之间的直接过渡被证明是不连续的度量的情况下，和连续的，属于伊辛普适性类，在度量自由的版本。
2012-06-18 cond-mat.soft
Crystallization of self-propelled hard-discs : a new scenario
我们的实验研究的结晶单层的振动盘与内置的极性不对称性，一个模型系统的活性液体，并将其与振动各向同性盘。增加填充分数$ϕ$，各向同性盘报道的准连续结晶被过渡或朝向“自熔”晶体的交叉所取代。增加来自液相的填充分数，致密的六方有序填充盘的簇自发地形成、熔化、分裂和合并，导致高度间歇性和非均质动力学。所得到的稳定状态簇大小分布单调减小。当填充分数大于$ϕ^*$时，几个大的团簇跨越系统尺寸，团簇尺寸分布变得非单调，过渡由幂律签署。然而，该系统从未被动态地捕获。团簇从一个地方永久地熔化到另一个地方，形成活性液体的液滴，其快速地传播穿过系统。这种状态保持到最高可能的堆积分数，质疑晶体对于活性盘的稳定性，除非是有序的紧密堆积。
2016-05-10 cond-mat.soft
Freezing and phase separation of self-propelled disks
我们数值研究了非对齐的自推进粒子通过空间排斥相互作用的模型，最近被证明在没有任何吸引力的相互作用或破坏的取向对称性的情况下，在两个维度上表现出积极的相分离。我们构建了一个相图中的活动和包装分数，并确定三个不同的制度：一个均匀的液体与异常的簇大小分布，相分离的状态在高和低密度，和冻结相。我们提供了一个物理解释的各种制度，并开发缩放的参数，将它们分开的边界。
2013-09-15 cond-mat.soft
Directional cues affect the collective behaviour of Self propelled particles in one dimension
本研究探究一维下充当定向线索的淬灭无序对自驱动粒子集体行为的影响，构建微观模型与粗粒化运动方程，发现无序使有序团簇尺寸代数衰减、大团簇分裂并引发粒子局域化。
2024-05-14 cond-mat.soft
Collective Dynamics of Deformable Self-Propelled Particles with Repulsive Interaction
我们研究了具有排斥相互作用的可变形自推进粒子的动力学，其大小取决于一对粒子的相对伸长方向。粒子的集体运动出现在二维空间中。然而，当粒子密度超过某个临界阈值时，这种有序状态变得不稳定，动力学变得无序。我们通过平均场分析表明，这种新的过渡特性的变形发生由于鞍结分岔。
2011-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergent States in Systems of Chiral Self-Propelled Rods
该研究针对受向列对齐作用与旋转噪声影响的二维手性自转自驱动粒子，结合两种平均场动力学理论识别出多种集群态，通过基于智能体的模拟验证了不同频率下的对应相态，并提出可避免模拟伪影的非标准技术。
2023-02-09 cond-mat.soft physics.comp-ph
Self-propelled hard disks: implicit alignment and transition to collective motion
我们发现，低密度均匀相的自推进硬盘表现出从各向同性的极性集体运动的过渡，虽然从Vicsek一个定性不同的类。在没有噪声的情况下，在各向同性相和完全极性吸收状态之间发生突然的不连续过渡。随着噪声的增加，过渡在三临界点处变得连续。我们解释了我们所有的数值结果的玻尔兹曼理论的框架内，二进制散射特性的基础上。我们表明，本模型和Vicsek模型之间观察到的定性差异，在他们的相行为的水平，采取他们的起源在散射事件发生的完全相反的物理。我们认为，这种差异一般将举行自推进粒子与排斥短程相互作用的系统。
2015-02-26 cond-mat.soft
Active crystals and their stability
最近引入的活性相场晶体模型描述了自推进粒子系统中有序静止和运动晶体的形成。增加主动驱动，静止的晶体可以被迫作为单个移动物体执行集体有序的迁移。我们在这里证明，这些有序的迁移结构是线性稳定的。换句话说，在迁移过程中，即使在大的长度尺度上，单晶织构和全局有序的集体运动也被保留下来。此外，我们认为自推进的颗粒被薄流体膜包围的基板上。我们发现，在这种情况下，由此产生的流体动力学相互作用可以不稳定的顺序。
2014-01-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collection of polar self-propelled particles with a modified alignment interaction
我们研究了一组极性自推进粒子通过依赖于距离的排列相互作用相互作用的无序到有序的转变。相互作用强度$a^{d}$（$0<a<1$）随粒子对间的度规距离$d$衰减，且相互作用是短程的。在$a = 1.0$中，我们的模型简化为著名的Vicsek模型。对于所有的${\it a}>0$，该系统显示出从无序到有序状态的转变作为噪声强度的函数。我们计算了不同$a$的临界噪声强度$η_c(a)$，并与平均场结果进行了比较。随着$a$的减小，无序到有序转变的性质从不连续连续到连续地变化。我们用数值方法估计了三临界点$a_{TCP}$，在该临界点处，相变的性质从不连续变为连续。密度相分离对于接近1的${\it a}$是大的，并且其随着$a$的减小而衰减。我们也写出了一般${\it a}$的粗粒流体动力学方程，发现当${\it a}$接近$1$时，均匀有序态对小扰动是不稳定的.在均匀有序态的不稳定性是一致的大密度相分离的${\it a}$接近1。
2018-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Athermal Phase Separation of Self-Propelled Particles with no Alignment
我们研究数值和分析的自推进极盘在二维基板上的模型。粒子通过各向同性排斥力相互作用，并受到旋转噪声的影响，但没有对齐的相互作用。因此，系统不呈现有序状态。各向同性的流体相分离以及以下紧密堆积，并表现出大量的波动和集群中发现无处不在的活性系统。我们的工作表明，这种行为是系统的一种普遍属性，这些系统被局部地驱动出平衡，例如通过自我推进。
2012-04-01 cond-mat.soft q-bio.CB
Boids in a Loop: Self-Propelled particles within a Flexible Boundary
我们数值研究了在二维阻尼弹性和柔性环形边界中自推进的极性粒子的排斥和排列行为。我们观察到无序、极性有序（或堵塞）和循环状态。后者产生了丰富多样的边界形状，包括：圆形，椭圆形，不规则形，皱褶，或波纹，这取决于边界的弯矩和边界与颗粒的质量比。除了具有非圆形边界的循环态外，这些态类似于吸引自推进粒子所表现出的态，但这里的限制边界代替了cohesion内聚力。我们属性的褶边形成介导的边界上的压力时，边界上的波的速度近似匹配的自推进粒子的游泳速度的不稳定性。
2020-03-28 cond-mat.soft nlin.AO
Self-propelled Worm-like Filaments: Spontaneous Spiral Formation, Structure, and Dynamics
利用布朗动力学模拟方法研究了沿切向量均匀推进的蠕虫状细丝。在两个维度的系统进行了研究，相应的长丝吸附到界面或表面。一个大的参数空间，包括弱和强的推进，以及灵活和僵硬的细丝进行了探索。对于强力推进和柔性的细丝，自由游动的细丝自发地形成稳定的螺旋。推进力对动力学性质，如旋转和平移均方位移和构象采样率有很大影响。特别地，当主动自推进主导热扩散，但对于螺旋形成太弱时，旋转扩散系数具有由$v_c/ξ_P$给出的活动引起的贡献，其中$v_c$是轮廓速度，$ξ_P$是持续长度。相反，只要没有螺旋形成，结构性质几乎不受系统活动的影响。该模型模拟了生物系统的共同特征，如运动测定或细长细菌上的微管和肌动蛋白丝，以及人工设计的微游泳者。
2015-08-06 cond-mat.soft
Vortex arrays and meso-scale turbulence of self-propelled particles
受图灵斑图形成机制的启发，我们提出了一个简单的自推进粒子模型，该模型具有短程排列和较大距离的反排列。它能够产生取向有序的状态，周期性的涡旋图案以及中尺度湍流。后一阶段类似于在致密细菌悬浮液中的观察。该模型允许系统的推导和分析的动力学理论以及流体动力学方程的密度和动量场。从这些连续体方程的线性稳定性分析中获得了具有这种斑图形成以及空间均匀取向有序和无序的区域的相图。自推进粒子系统的微观朗之万模拟与这些发现一致。
2014-05-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Contagion dynamics in self-organized systems of self-propelled agents
我们研究了一个具有极性排列的自推进粒子系统中的易感-传染-隔离传染动力学。使用基于代理的模拟，我们分析了不同的组合的空间参数（对齐强度和Peclet数）和流行病参数（感染寿命的传染性和持续时间的个人感染期）的爆发过程。我们发现，新兴的空间特征强烈影响的传染过程。有序的同质状态极大地不利于感染传播，由于它们的混合有限，仅在个体感染持续时间的高值时才实现大爆发。无序的同质状态也呈现低传染能力，需要相对高的值的两个流行病参数，以达到显着的传播。相反，非均匀有序状态显示高爆发水平的参数范围很广。在这些状态下，条带和簇的形成有利于通过在这些结构内部和外部发展的过程的组合进行感染传播。我们的研究结果强调了自组织时空特征在各种传染过程中的重要性，这些过程可以描述流行病或其他传播动力学，从而提出了理解，预测和控制它们在各种自组织生物系统中传播的新方法，从细菌群到动物群和人群。
2021-06-15 cond-mat.soft nlin.AO
Solitary wave state in the nonlinear Kramers equation for self-propelled particles
我们利用非线性Kramers方程研究了自传播粒子的集体现象。孤立波态是由具有非零平均速度的空间均匀有序态的不稳定性产生的。两个不同高度的孤立波合并成一个较大的孤立波。利用自洽方法构造了孤立波的近似解。的相变的孤立波状态是一阶或二阶，这取决于控制参数。
2017-09-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Effect of the orientational relaxation on the collective motion of patterns formed by self-propelled particles
研究了自推进粒子的集体行为，这些粒子经历了自推进速度的斑图形成和旋转弛豫的竞争过程.在完全按照以前的工作，我们观察到的SPP的不同的稳定状态之间的过渡所造成的复杂的相互作用之间的影响，斑图形成，取向顺序，以及SPP密度和取向场之间的耦合。基于严格的解析和数值计算，我们证明了SPP速度场的取向弛豫速率是决定SPP系统稳态的主要因素。此外，我们确定的参数平面，描绘定性不同的休息和运动状态的域之间的边界。此外，我们还解析计算了表面等离子体的集体速度$\vec{v}$，并表明它与我们的数值结果完全一致。我们定量地证明了$\vec{v}$在接近运动模式和均匀稳态之间的过渡边界时不会消失。
2016-11-07 cond-mat.soft
Spatially Structured Flocking in a Proliferating Population of Self-Propelled Organisms without Explicit Alignment Interactions
本研究提出主动布朗虫（ABB）模型，探究自驱动与自我复制的相互作用，发现无对齐相互作用时增殖自驱动生物种群可通过随机生死过程涌现出高取向有序的集群行为与六边形阵列，为细胞集群提供新机制。
2025-09-06 cond-mat.soft q-bio.PE
Dynamical Self-regulation in Self-propelled Particle Flows
本文研究了二维过阻尼自推进粒子的连续介质模型。通过分析和数值计算相结合的工作，我们绘制了通用参数的相图。我们发现，该系统自组织成两个强大的结构，在不同的区域的参数空间：孤立波的有序群移动通过一个低密度的无序背景，和固定的星。流动的自调节性质产生相分离，在这类系统中普遍存在，并控制孤波的形成。自推进和相关的活跃对流在星的形成中起着至关重要的作用。我们工作的一个新结果是一个相图，以统一的方式显示这些不同的制度。
2011-12-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamic bend instability of motile particles on a substrate
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Department of Physics, Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院物理系）
研究发现基底上运动粒子的自我推进力可引发流体弯曲不稳定性，无需偶极主动应力，为二维自我推进材料的流体不稳定性发展提供了新途径。
2025-11-27 cond-mat.soft
Numerical treatment of the Boltzmann equation for self-propelled particle systems
动力学理论构成了一个最有前途的工具，破译的特点时空动态系统的积极推进粒子。在这种情况下，玻尔兹曼方程起着关键作用，因为它提供了一个自然的翻译之间的粒子级描述系统的动态和相应的流体动力学领域。然而，玻尔兹曼方程复杂的数学结构大大限制了仅仅通过分析手段来全面理解这个方程的进展。在这里，我们提出了一个通用的框架来数值求解玻尔兹曼方程的自推进粒子系统在两个空间维度和任意的边界条件。我们讨论了这种数值框架的潜在应用活性物质系统，并使用该算法给出了一个模型系统的自推进粒子与极性相互作用的详细分析。根据以前的研究，我们发现，空间均匀的各向同性和对称性破缺的状态填充在参数空间中的两个不同的区域，这是由一个狭窄的区域的空间不均匀，密度隔离的移动模式分开。我们发现明确的证据表明，这三个区域在参数空间中连接的一阶相变，和空间均匀的各向同性和极性有序相之间的过渡承担惊人的相似性，在平衡系统中的液-气相变。在密度分离参数制度，我们发现一个新的稳定的极限环的玻尔兹曼方程的解决方案，其中包括平行车道的极性集群在相反的方向上移动，从而使系统的有序状态的整体对称性，尽管纯粹的极性相互作用的水平上的单粒子。
2014-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Understanding Collective Dynamics of Soft Active Colloids by Binary Scattering
在主动推进的粒子系统中，集体运动是在非常局部的尺度上通过由少数粒子组成的相干运动单元的成核而触发的。这些单位随着时间的推移而生长和合并，最终形成一种长距离有序的、连贯移动的状态。到目前为止，还没有自下而上的理解如何微观动力学和组分之间的相互作用与系统的有序不稳定性。在本文中，我们研究了一类模型的推进胶体允许明确治疗的微观细节的碰撞过程。具体地说，模型方程是牛顿运动方程，具有用于粒子的驱动力、耗散力和相互作用力的单独的力项。针对稀粒子系统，我们分析了这些模型的二元散射行为，并基于微观动力学确定了相应的碰撞规则，即，碰撞前速度和碰撞参量对碰撞后速度的映射。通过研究二进制散射，我们还发现，所考虑的模型为活性胶体共享相同的平行对齐的原则：第一个传入的粒子（相对于碰撞中心）是对齐的第二个粒子作为相遇的结果。这种行为与非驱动耗散气体中的取向明显不同。此外，所获得的碰撞规则本身作为一个出发点，以确定相边界的长程有序，相干移动状态的应用动力学理论推进粒子系统。碰撞规则的微观起源提供了一个机会，通过与多粒子模拟的直接比较，定量地审视动力学理论对推进粒子系统的预测。
2013-10-23 cond-mat.soft
Anti-aligning Self-propelled Model of Two Species: Emergence of Self-organized Heterogeneous Aligned and Clustered Order
The University of Tokyo（东京大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
本研究通过反向对齐相互作用的自推进粒子模型，揭示了多种物种共存时通过形成交替领域聚集体实现全局极性秩序的机制。
2025-12-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fluctuations and Pattern Formation in Self-Propelled Particles
我们考虑一个粗粒度的描述系统的自推进粒子的流体动力学方程的密度和偏振场。我们发现，有序的移动或群集状态的系统是不稳定的空间波动超过一个阈值设置的自推进速度的各个单元。在该区域中，系统将其自身组织成散布有低密度无序区域的良好定义的植绒颗粒的传播条纹的不均匀状态。此外，我们发现，即使在该制度的均匀植绒状态是稳定的，系统表现出大的波动，在密度和取向顺序。我们研究的流体动力学方程解析和数值表征这两个政权。
2010-04-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.QM
Nucleation-induced transition to collective motion in active systems
虽然在活性体系中存在极性有序态已经得到了很好的证实，但自组装过程的动力学仍然是难以捉摸的。我们研究了一个自推进细长粒子通过排斥体积和排列相互作用相互作用的格子气模型，该模型显示了从各向同性到极性有序态的相变。通过对有序化过程的分析，我们发现这种转变是由临界成核团簇的形成和随后的粗化过程驱动的。此外，建立极性有序状态的时间表现出幂律发散。
2012-08-27 cond-mat.soft
A particle-field representation unifies paradigms in active matter
活性物质的研究重点是相互作用的自推进粒子之间的涌现行为。看似脱节的范式的统一--排斥盘的主动相分离和自推进棒的集体运动--是当代活性物质的一个重大挑战。受量子-机械波-粒子二象性的启发，我们发展了一种基于光滑连续场表示活动粒子的方法。碰撞动力学的基础上，我们演示了如何分析和数值的非平衡应力之间的自驱动，各向异性的对象，阻碍了观察到的自推进光盘相分离的状态的形成，并促进了取向秩序的出现。除了粒子形状，控制紧急有序状态的对称性的自推进物体的刚性是一个关键参数：不可穿透的，各向异性的棒被发现形成极性，移动集群，而大规模的结构出现软棒，特别是分离的双共存制度。这些结果表明，有序态的对称性不是由相互作用势的对称性决定的，而是活性系统的动力学突现性质。这个统一的理论框架可以代表各种活性系统：活细胞组织，细菌菌落，细胞骨架提取物以及摇动的颗粒介质。
2019-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Order-disorder transition in repulsive self-propelled particle systems
我们研究的集体动力学排斥自推进粒子。粒子由耦合的运动方程控制，包括极性自推进、速度和极性阻尼、排斥性粒子-粒子相互作用和确定性动力学。粒子动力学模拟表明，具有大的密度波动的集体相干运动自发地出现从无序，各向同性状态。在极性旋转阻尼较强的参数区域，系统在亚稳态无序状态下经过一段等待时间后，突然转变为吸收有序状态。为了对集体行为的机制有一个简单的理解，我们分析了二元粒子的散射过程。我们表明，这种方法正确地预测在稀极限的有序-无序转变。同样的方法扩展到有限密度，虽然它不同意从多粒子模拟的结果，由于多体相关性和密度波动。
2016-11-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Role of particle conservation in self-propelled particle systems
主动推进的粒子在经历耗散碰撞后会形成一种空间分布的相干运动的团簇状态。对于密度大于一个特征值的集群增长的时间，并形成一个稳定的有序状态的相干宏观运动。在这项工作中，我们解决两个问题：（一）什么是颗粒的纵横比的背景下，团簇形成的作用，以及颗粒的形状影响系统的行为上的流体动力学尺度？(ii)粒子守恒在多大程度上影响斑图形成？为了回答这些问题，我们提出了一个简单的动力学模型，允许描绘一些自由移动的粒子和粒子集成在集群之间的相互作用特性。为此，我们引入两种粒子种类：单个粒子和团簇粒子。具体来说，我们考虑到从单个粒子的集群合并，现有集群上的单个粒子的组装，集群之间的碰撞，和集群解体。粗粒化我们的动力学模型，（i）我们表明，颗粒形状（即纵横比）转移的过渡密度的规模，但不影响在有序阈值的不稳定性。(ii)我们表明，粒子守恒的有效性决定了存在的纵向不稳定性，这往往会放大局部的密度不均匀性，并反过来触发波的波矢量平行于宏观秩序的轴的波图案。如果系统与粒子库接触，由于密度不均匀性的补偿，这种不稳定性消失。
2013-01-31 cond-mat.soft
Collective behaviors of self-propelled particles with tunable alignment angles
Tohoku University（东北大学）
本文提出了一种具有可调对齐角度的自驱动粒子模型，通过数值模拟发现其在特定参数范围内表现出反平行带等独特集体行为，揭示了多体相互作用对向列序的破坏作用。
2025-12-24 cond-mat.soft nlin.AO
Bond disorder enhances the information transfer in polar flock
自推进粒子（SPP）的集合表现出相干运动，并在二维显示出真正的长程序。非均匀性，一般破坏了通常的长程序的极性SPP。我们建立了一个系统的极性自推进粒子与非均匀的相互作用强度或键无序。该系统的研究附近的秩序到无序的转变为不同的强度的障碍。通过调节无序度的大小，相变的性质由不连续型转变为连续型。键的无序也提高了附近的过渡，由于形成一个均匀的羊群状态的大混乱的秩序。它导致系统中更快的信息传递，并提高了系统的信息熵。我们的研究对自推进粒子系统中的内禀不均匀性的影响有了新的认识。
2021-10-06 cond-mat.soft
Structure and dynamics of a self-propelled semiflexible filament
我们使用粗粒度的布朗动力学模拟研究了自推进细丝的结构和动力学性质。沿着键矢量施加自推进力，即，与灯丝相切，它们的位置以两种不同的方式考虑。在第一种情况下，力被施加到细丝的所有珠上，这被称为均匀自推进。在这里，我们得到了一个单调减少的灵活性与佩克莱数的细丝。因此，回转半径也显示出相同的趋势。此外，纤维的回转半径对各种弯曲刚度和弯曲数具有普遍的依赖性。纤维的有效扩散系数随作用力的增大而增大，并随作用力和弯曲刚度的增大而线性增大。在第二种情况下，自推进力只施加在少数键矢量上。以周期性的方式选择作用力的位置，从灯丝的尾部开始，离开前端而不施加力。在这种情况下，细丝获得各种结构，例如棒状、螺旋状、圆形和折叠状态。从几个状态的过渡被理解的切线-切线相关性，弯曲能和扭转序参量。螺旋状态通过切线-切线相关的指数到振荡行为的交叉来识别。弯曲能的突然增加将螺旋状态分离为丝状体的折叠状态。
2019-02-13 cond-mat.soft
Gravitaxis of asymmetric self-propelled colloidal particles
许多能动的微生物调整它们相对于引力场的游动运动，从而抵消沉降到地面的作用。这种重力行为通常是不均匀质量分布的结果，其将微生物排列成类似于浮标。然而，也有人认为，重力轴也可能是由几何学上的前后不对称造成的，这是许多自我推进的生物体的典型特征。尽管有几次尝试，没有确凿的证据，这种不对称引起的引力运动存在。在这里，我们研究的运动的不对称自推进胶体粒子，具有均匀的质量密度和一个明确的形状。在实验和理论建模中，我们证明了形状各向异性本身就足以引起重力运动，无论是优先向上或向下游泳。此外，还观察到类似余摆线的轨迹横向于重力的方向。
2015-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mesoscale pattern formation of self-propelled rods with velocity reversal
我们研究了自推进粒子与速度反转相互作用的单轴（单轴）排列内的粗粒度流体动力学理论。结合分析和数值延拓技术，我们表明，这个活跃的系统的物理本质上是由反转频率控制。特别是，我们发现，细长的，高密度的，有序的模式，所谓的带，出现通过亚临界分叉从空间均匀的状态。我们的分析进一步揭示了带的相互作用是弱吸引力的，因此，带融合碰撞在类比非平衡成核过程。此外，我们证明了一个重整化的积极的线张力可以分配给稳定的带低于临界反转率，超过这个临界反转率，他们是横向不稳定的。此外，我们还讨论了带的动力学粗化以及在横向不稳定性阈值附近的非线性动力学。总之，减少多粒子系统的动态带提供了一个框架，以了解的影响，出现在自推进粒子系统的非平衡模式的反转频率。在这方面，我们的研究结果构成了有利于微生物学假设的原理证明，即滑杆形细菌的逆转调节在生命周期阶段观察到的各种自组织模式的发生。
2016-09-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Boundary induced convection in a collection of polar self-propelled particles
我们研究了一组局限于一个长的二维通道的极性自推进粒子。我们写出了密度和极化序参量的耦合流体力学运动方程。在两个有限的边界，密度是固定的平均值和方向是反平行的固定幅度的偏振。这样的边界条件使我们的系统类似于自推进粒子的剪切悬浮液，这具有许多实际应用。在两个受限边界处的反平行对齐和通道内的对齐产生沿着通道的长轴的取向卷。对于零自推进速度，密度和取向场是解耦的，并且密度在通道内保持均匀。对于有限的自推进速度，密度不均匀性发展，这些辊沿通道的长轴移动。密度不均匀性随着自推进速度的增加而急剧增加，然后达到最大值，并在非常大的速度下再次减小。卷的形成非常类似于流体动力学中的经典Rayleigh-Benard对流问题。
2017-03-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dynamic self-assembly of active particle systems controlled by light fields
School of Physics and Information Engineering, Shanxi Normal University（山西师范大学物理与信息工程学院）
本研究通过布朗动力学模拟，揭示光场可调控活性粒子系统形成有序结构并实现动态相变，为集体结构精确调控和微纳智能器件制造提供参考。
2025-09-24 cond-mat.soft
Mechanism of the Nonequilibrium Phase Transition in Self-Propelled Particles with Alignment
本研究利用景观-通量方法与粗粒化映射，揭示了Vicsek模型中非平衡相变的机制，发现非平衡通量逆时针旋转并驱动有序-无序转变，为理解复杂系统集体运动提供了新视角。
2024-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Large-scale chaos and fluctuations in active nematics
我们发现，“干”的活性向列相，例如收集的动摇细长的颗粒，表现出大规模的时空混沌的相互作用的密集，有序，带状结构的参数区域，包括线性发病的非线性顺序。这些结果是从研究相对简单和众所周知的（确定性）流体动力学方程描述这些系统在稀释的限制，和一个自推进的粒子Vicsek类模型这一类的活性物质。在这最后一种情况下，重新审视的状态的强波动和长程相关性，现在被认为是定向有序的活动阶段的地标，我们发现，在混沌阶段观察到的巨大的数字波动是一个微不足道的后果密度隔离。然而，异常的密度涨落存在于均匀的准有序的非线性相位，其特征在于由一个非平凡的标度指数。
2013-12-04 cond-mat.soft
Phase separation in ordered polar active fluids: A new Universality class
本文证明有序极性活性流体中的相分离属于新的普适类，其临界维度为5，并在5-ε展开中计算了临界指数。
2024-01-11 cond-mat.soft
Dry Active Matter exhibits a self-organized 'Cross Sea' Phase
自推进粒子的Vicsek模型已知有三个不同的相：（i）极性有序的均相，也称为Toner-Tu相，（iii）极性有序的规则排列的高密度带（波）的相，其周围没有极性有序的低密度区域，以及（iv）没有极性有序的均相。有人质疑带相（iii）是否应该分为两部分[Chaté 2020]：一部分是周期性排列的，另一部分是强相互作用但不有序的带。我们回答这个问题表明，标准Vicsek模型有第四个阶段的大系统尺寸：（ii）一个极性有序的跨海阶段。接近向（i）的过渡，该相变得不稳定，看起来像强相互作用带。我们证明，跨海阶段不只是两个波的叠加，但它是一个独立的复杂模式。此外，我们表明，有一个非零的质量流量通过其共同移动的框架内的跨海图案的结构。
2020-02-08 cond-mat.soft
Density phase separation and order-disorder transition in a collection of polar self-propelled particles
我们研究了一系列极性自推进粒子中的有序-无序转变，这些粒子通过距离相关的短程排列相互作用进行相互作用。引入了一个与距离有关的相互作用参数$a_0$，使得当$a_0$减小时，相互作用随距离$a_0$衰减得更快，并且对于$a_0=1.0$模型，它退化为Vicsek型.对于所有的$a_0>0.0$，系统表现出从无序到长程有序的转变。随着$a_0$的减小，我们发现了另一个从相分离态到非相分离态的相变：同时有序-无序相变从不连续型转变为连续型。因此，密度相分离在预测有序-无序转变的性质中起着重要的作用。我们还计算了两点的密度结构因子，使用粗粒度的流体动力学方程的运动与密度相关的对齐项中引入的托纳和涂\cite{tonertu}的方程。密度结构因子在临界波矢$q_c$处表现出发散性，该发散性随密度相关排列项的减小而减小。粗粒度方程中的对齐项与微观模拟中的距离相关参数$a_0$起着相同的作用。我们的研究结果可以在许多生物系统中进行测试：在这些系统中，粒子倾向于与它们最近的邻居发生强烈的相互作用。
2016-12-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinetic theory for systems of self-propelled particles with metric-free interactions
自驱动粒子的模型类似于Vicsek模型[物理评论Lett. 75（1995）1226]，但与度规自由的相互作用是通过一种新的Enskog型动力学理论研究。在这个模型中，N个恒定速度v0的粒子试图将它们的行进方向与固定数量的最近邻居的平均方向对齐。在强对齐时，形成全球群集状态。该排列是由随机规则而不是由哈密尔顿算子定义的。相应的相互作用是真正的多体性质。该理论基于3N维相空间中的主方程，该主方程通过分子混沌近似变得易于处理。集体运动过渡的相图计算和直接数值模拟相比。一个均匀有序的状态的线性稳定性分析进行使用的动力学，而不是流体动力学方程，以达到高精度。与常规度量Vicsek模型相比，没有不稳定性发生。这证实了先前的直接模拟，对于具有无度量相互作用的Vicsek类模型，没有密度带的形成，并且植绒过渡是连续的。
2012-08-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic field theory for structure formation in systems of self-propelled particles with generic torques
我们推导出一个动力学场论的自推进粒子受到一般的扭矩和力显着粗粒化的微观动力学，由多体福克-普朗克方程描述。该模型包括诱导自转的固有转矩，以及导致例如粒子取向的局部对准的粒子间转矩。在这种方法中，虽然不需要指定成对相互作用的函数形式，但可以直接将场论的参数映射到基于粒子的模型的参数上。我们进行了线性稳定性分析的齐次解的场方程，并找到长波长和短波长的不稳定性。前者标志着宏观结构的出现，我们将其与运动诱导的相分离联系起来，而第二个标志着具有特征尺寸的有限结构的生长。内禀转矩阻碍相分离，将长波长不稳定性的开始推向更高的活性。此外，它们产生有限尺寸的结构，其特征尺寸与自推进速度和自旋转频率的倒数成比例。我们的研究结果表明，一个一般的机制可以解释为什么手征倾向于抑制运动诱导的相分离，而是促进非平衡模式的形成。
2022-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective behavior of self-propelled rods with quorum sensing
活性剂-如运动性测定中的泳动颗粒、细菌、精子和细胞骨架丝-显示出多种多样的运动性诱导的集体行为，如聚集、聚集和相分离。在生物膜形成过程中，泳动颗粒和细菌的致密悬浮液的行为由两种主要的物理机制决定：（i）体积排阻（短程空间排斥）和（ii）群体感应（由于局部化学环境的改变而导致的较长距离的减少的推进）。为了系统地表征这样的系统，我们研究半穿透自推进杆在两个维度上，与推进力，随着当地杆密度的增加，采用布朗动力学模拟。体积排斥和群体感应都导致相分离，然而，结构和杆动力学有很大的不同。群体感应增强了团簇的极性，诱导了团簇边缘的杆状细胞的非对称性，并增强了团簇形成。对于系统，其中杆在高密度下基本上变得被动，观察到星状和条纹的形成。与具有较小纵横比的杆相比，具有较大纵横比的杆系统显示出更有序的结构，这是由于它们具有更强的对齐，具有几乎圆形的星状结构，以获得强烈的密度依赖性推进力。随着群体感应相互作用范围的增大，局域密度减小，星状结构变得不稳定，并出现极性刺猬簇和具有结构域的簇。我们的研究结果表征结构的形成和动力学由于两个质量不同的相互作用机制，空间位阻和群体感应，这两个相关的工程泳微泳以及生物膜形成的细菌的竞争。
2018-07-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Self-propelled particles with selective attraction-repulsion interaction - From microscopic dynamics to coarse-grained theories
在这项工作中，我们推导和分析粗粒度的描述与选择性的吸引-排斥相互作用的自推进粒子，其中个人可能会根据他们的相对运动状态（方法与运动远离）不同的反应，他们的邻居。基于一个非线性Fokker-Planck方程的制定，我们推导出一个动力学描述的系统动力学方程的傅立叶模式的单粒子密度函数。这种方法允许有效的数值研究系统的可能的解决方案的稳定性。进入方程的相互作用积分的详细分析表明，在小波长处的发散可以出现在任意的展开阶。在此基础上，我们还通过在单粒子密度函数的第二傅立叶模式的水平上进行封闭，导出了流体动力学理论。我们表明，一般形式的方程是一致的理论制定的Toner和涂。最后，我们比较我们的分析预测的稳定性的无序均匀的解决方案与基于个人的模拟结果。他们表现出良好的协议足够大的密度和不可忽略的短程排斥。数值结果和流体力学理论弱短程排斥的分歧揭示了存在一个以前未知的阶段的模型组成的致密，向列对齐的长丝，这不能占目前的调色剂和涂型理论的极性活性物质。
2013-04-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Programming active-molecule dynamics via intramolecular nonreciprocity
Key Laboratory of Artificial Micro- and Nano-structures of Ministry of Education（教育部人工微纳结构重点实验室）；School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院）；Wuhan Institute of Quantum Technology（武汉量子技术研究院）
通过分子内非互易性编程活性分子动力学，实现单分子到集体行为的可编程控制。
2026-02-16 cond-mat.soft
Competing Active and Passive Interactions Drive Amoeba-like Living Crystallites and Ordered Bands
游泳者和自行推进的粒子是细菌群落、鸟群和鱼群等各种生命系统的集体行为和运动的物理模型。这种人工活性材料适合于物理模型，这些模型揭示了集体行为背后的微观机制。在这里，我们研究胶体在直流电场。我们的准二维系统的电驱动粒子表现出丰富的和异国情调的相行为。在低场强下，电流体动力学流导致自组织成具有六方有序的微晶。在自推进的颗粒由于昆克旋转，我们发现一个有序的阶段的活性物质中的运动微晶不断改变形状和相互碰撞。在更高的场强下，它“溶解”成活性气体。我们参数化的颗粒模拟模型再现实验观察到的阶段，并在较高的场强预测活动驱动的分层带状结构。
2019-07-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collision-induced torque mediates transition of chiral dynamic patterns formed by active particles
控制自推进粒子的动态自组织模式仍然具有挑战性。虽然已经观察到与手性相关的各种模式，但决定模式的基本控制因素仍不清楚。在这里，我们探讨了粒子碰撞时的扭矩如何影响动态自组织。基于同时考虑碰撞诱导力矩和自推进力矩的粒子模型，我们发现碰撞诱导力矩的引入将双向排列模板化的均匀双极取向转变为旋转的单极群.
2022-10-15 cond-mat.soft
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
Incorporating a soft ordered phase into an amorphous configuration enhances its uniform plastic deformation under shear
均匀结构的非晶材料在剪切作用下通常会发生不均匀变形，这种变形会发展为剪切局部化，最终形成破坏性的剪切带。解决这一问题的一种方法是引入一种包含多个相的非均匀结构，这可以减少局部非均匀剪切变形并阻止其在整个系统中的渗流。使用恒温分子动力学（MD）模拟，我们比较的变形行为之间的均匀的非晶混合物的双分散盘颗粒，通过一个n-6的Lennard-Jones潜在的可调的柔软性，与一个不均匀的包含均匀分布的有序相相互作用。我们改变大颗粒与小颗粒的人口比例，以创建均匀或不均匀的混合物，其中所选相的柔软度可以通过指定粒子间势的n来手动调整。对所制备的混合物施加大范围准静态剪切的结果表明，含有软有序相的非均匀非晶混合物的整体变形比均匀非晶混合物的变形更均匀，这表明结构的不均匀性和相间软度的变化对提高剪切下塑性形变的均匀性起着重要作用。
2018-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Rheology of active suspensions with hydrodynamic interactions
利用一个简单的自推进粒子模型，研究了空间均匀的活性粒子稀悬浮液的有效剪切粘度。我们使用非线性Fokker-Planck方程来驱动动力学描述，包括外部流场的影响，旋转扩散，和颗粒-颗粒在二维的流体动力学相互作用。在小的Peclet数，在一个简单的剪切流，到二阶的游泳者的体积分数，这表明明确的剪切粘度的游泳机制的细节依赖的应力张量的解析表达式。
2017-02-14 cond-mat.soft
Phase Behavior and Dynamics of Active Brownian Particles in an Alignment Field
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Indian Institute of Technology, Bhubaneswar（布巴内斯瓦尔印度理工学院）
通过计算机模拟研究二维均匀定向场中自驱动布朗粒子的相行为与动力学，计算气液共存相边界及临界指数，发现其不属于2D Ising普适类，并表征了旋节线分解动力学。
2024-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
