Anomalous Polymer Dynamics Is Non-Markovian: Memory Effects and The Generalized Langevin Equation Formulation
任何关于聚合物物理学的第一门课程都教导聚合物的标记单体的动力学是有害的亚扩散，即，对于某些$α<1$，标记单体的均方位移随着$t^α$增加，直到聚合物的末端弛豫时间$τ$。超过时间$τ$，标记单体的运动变为扩散。聚合物物理学中异常动力学的经典例子是单一聚合物系统，如幻影劳斯（Phantom Rouse）、自回避劳斯（Self-avoiding Rouse）、自回避齐姆（Self-avoiding Zimm）、爬行（reptation）、通过膜中窄孔的易位（translocation through a narrow pore in a membrane）和多聚合物系统，如聚合物熔体。在这篇教学论文中，我报告说，所有这些情况下的聚合物系统的异常动力学的特点是强大的幂律记忆内核内的{ \it统一}广义朗之万方程（GLE）计划，因此，是非马尔可夫。幂律记忆核的指数与聚合物对局部应变的弛豫响应有关，并且来自聚合物的平衡统计物理。在这些系统中的聚合物的标记的单体的异常动力学，然后通过波动耗散定理（FDT）从幂律记忆内核的GLE再现。使用这个GLE制定我进一步表明，这些聚合物系统上的（弱）施加的字段所造成的漂移的特性也得到了相应的内存内核。
2010-06-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermoreversible Associating Polymer Networks: I. Interplay of Thermodynamics, Chemical Kinetics, and Polymer Physics
混合分子动力学/蒙特卡罗模拟用于研究非缠结的热可逆缔合超分子聚合物的熔体。在这一系列论文的第一篇中，我们描述并验证了一个模型，该模型有效地分离了热力学和化学动力学对这些系统的动力学和力学的影响，并且可扩展到任意非平衡状态和非线性力学性质。我们研究了模型的静态（和非均相）动力学，非平衡化学动力学和机械性能。我们的许多结果可以理解为从扩散限制到动力学限制的粘键复合的交叉，这既影响聚合物物理，也受其影响。e.父链的连通性。
2009-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer-based probabilistic bits for thermodynamic computing
Clemson University（克莱姆森大学）；Czech Academy of Sciences（捷克科学院）；Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院）
本研究在有机忆阻器件中利用DTP主链聚合物实现概率比特，通过分压器电路产生逻辑斯蒂分布，并揭示熵峰与材料弛豫及能级对齐的关联，为热力学计算提供聚合物基熵源。
2025-09-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cs.ET
Physics of thick polymers
我们提出了一类新的链分子，我们称之为厚聚合物的行为的分析计算和数值模拟的结果。这种聚合物的厚度的概念，被看作是一个管，是由一个特殊的三体相互作用封装和影响的行为在本地和非本地。当厚的聚合物由于有吸引力的自相互作用而发生压缩时，我们发现在零温度下随着厚度的增加在压缩相和溶胀相之间发生了一种新的相变。在这种转变的附近，短管形成空间填充螺旋和表中观察到的蛋白质天然状态的结构。在增加链长或链的数量时，我们在数值上发现从二级结构基序到类似于多肽中的聚合物或淀粉样蛋白纤维的半结晶相的相当独特的一类结构的交叉。
2005-08-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Physics of polymer melts: A novel perspective
我们已经映射到一个时间相关的朗道-金兹伯格$|ψ|^4$场论的功能集成技术的聚合物熔体的物理。理论中的时间只是一个标签，用来标示给定单体在柔性链上的位置。利用该模型，可以表明聚合物熔体的无穷小浓度极限对应于{ \em动态}临界现象。到纠缠态的过渡也被证明是一个临界点。对于较大的浓度，当波动的作用减少时，平均场近似可解释地用于显示类似Edwards模型的管状结构的存在。
2000-02-25 cond-mat.soft
Electrochemistry meets polymer physics: polymerized ionic liquids on an electrified electrode
聚合物离子液体是一种新兴的电化学应用材料。本文提出了高分子离子液体在带电导电电极上的自洽场论。考虑到Lifshitz理论中长链聚合阳离子的构象熵和平均场近似中离子物种的静电相互作用和排斥体积相互作用，我们得到了一个自洽场方程系统，用于描述局部静电势和单体单元和反离子的平均浓度.我们解决这些方程的线性近似的情况下，点状电荷和一个平面无限均匀带电的电极浸没在聚合物离子液体，并推导出局部离子浓度和静电势的解析表达式，并推导出双电层的线性微分电容的解析表达式。我们还找到了一个数值解的自洽场方程的两种类型的边界条件的局部聚合物浓度的电极上，对应的情况下，特定的吸附的情况下（中性表面）和强大的短程排斥的单体单元附近的带电表面（硬壁的情况下）。对于这两种情况下，我们调查的行为微分电容作为施加电压的函数的纯聚合物离子液体和聚合物离子液体溶解在极性有机溶剂中。我们观察到，微分电容分布形状是强烈敏感的局部聚合物浓度的电极上所采用的边界条件。
2021-11-15 cond-mat.soft
Path integrals for stiff polymers applied to membrane physics
类似于描述刚性聚合物的路径积分出现在膜的Helfrich模型中。我们展示了如何这些类型的路径积分可以评估和应用我们的研究结果，在散装膜的少数条纹相的热力学。波动引起的贡献的条纹和体相之间的线张力计算，以及在无张力的情况下，这两个阶段具有不同的弯曲刚度的两个阶段之间的有效相互作用。
2007-04-11 cond-mat.soft
Ring Polymers: Threadings, Knot Electrophoresis and Topological Glasses
阐明环状聚合物的浓悬浮体或复杂环境中环状聚合物系综的物理性质是高分子物理中一个重要的悬而未决的问题。这些系统的许多特征是由于聚合物之间或聚合物与环境之间的拓扑相互作用而产生的，并且定量描述这一点通常具有挑战性。在这里，我们回顾最近的研究表明，一个关键的作用是由环间螺纹（或渗透），这变得更加丰富的环大小的增加。正如我们所讨论的，这样的线程的物理后果是深远的：例如，它们会导致一个拓扑驱动的玻璃状行为的环聚合物熔体下钉扎扰动，而他们也可以占实验观察到的DNA结的二维凝胶电泳图案的形状。
2017-08-08 cond-mat.soft
The Polymer Physics of Kinetoplast DNA as a Polymerised Membrane
Aoyama Gakuin University（青山学院大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Hiroshima University（广岛大学）
研究动质体 DNA（kDNA）的构象和动力学性质，提出用聚合膜物理学描述其大规模行为，分析流体动力学相互作用，证明动力学标度情景能统一捕获实验数据，并估计了面内弹性模量。
2026-07-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Theory of Liquid Crystal Elastomers: From Polymer Physics to Differential Geometry
在液晶弹性体中，液晶的取向顺序与交联聚合物网络的弹性变形相结合。以前的理论研究通过两种不同的方法来描述这些材料：基于液晶指向矢和变形张量的新古典理论，以及基于实际度量张量和参考度量之间的差异的几何弹性理论。在这里，我们使用基于微分几何的形式主义连接这两种方法。通过这种联系，我们确定了指向矢和几何形状对温度变化的响应。
2016-12-20 cond-mat.soft
On a new application of the path integrals in polymer statistical physics
提出了一种基于路径积分的计算高斯高分子链在d维空间中二次量的概率分布函数的新方法，如抛物线势阱中的回转半径和势能.在这两种情况下，我们得到的特征函数和累积量的精确关系。使用标准的最速下降法，我们评估的概率分布函数在两个极限情况下的相应变量的大值和小值。
2016-09-11 cond-mat.soft
Structure and thermodynamics of colloid-polymer mixtures: a macromolecular approach
在一个双组分，Ornstein-Zernicke为基础的液体状态的方法研究了添加非吸附性聚合物的浓缩胶体悬浮液的结构的变化。考虑了聚合物的构象自由度，并在链段水平上强制排除体积。聚合物相关孔，耗尽层，和过量的化学势描述与聚合物物理理论的有效领域的模型治疗的大分子。已知的耗尽吸引效应在低颗粒密度下恢复，而在较高密度下出现新型多体效应，并在大型聚合物中占据主导地位。
2000-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confined polymers in the extended de Gennes regime
我们表明，描述的半柔性聚合物的构象限制在一个通道的问题可以映射到一个完全可解的模型，在所谓的扩展德Gennes政权。这种制度（其中聚合物既不弱也不强限制），最近进行了深入的研究实验和计算机模拟。精确的解决方案精确地预测构象波动如何依赖于通道的宽度和表征聚合物的物理性质的微观参数。
2014-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ring polymers in the melt state: the physics of crumpling
环状聚合物在熔体或浓溶液中的构象统计受其淬灭微观拓扑状态的强烈影响。这种效应对于非连接的未打结的环特别强，已知这些环会起皱和分离，并且这些环被认为是间期染色体的一般行为的模型。在这里，我们使用一个计算效率高的多尺度方法表明，熔体的环的总轮廓长度$L_r$可以{ \it定量}映射到熔体的{ \em相互作用}格树的回转半径$\langle R_g^2(L_r) \rangle \propto L_r^{2ν}$和$ν=0.32\pm0.01$。
2014-09-01 cond-mat.soft
Theory of semi-flexible polymers
我们已经映射到一个复杂的Ginzburg-Landau场论使用功能集成技术的半柔性不可扩展的聚合物系统的物理。在半柔性的、不可伸展的聚合物的熔体中单体的低数密度的极限中示出，通过排除的体积相互作用保持分离，回转的回转半径标度为N^{nu}，其中N是链长，并且nu = 1，与柔性聚合物熔体的nu ~ 0.6的值形成对比。利用重整化群的方法，我们证明了系统存在一个红外稳定的不动点，这个不动点可以被确定为系统向纠缠态的跃迁。实验来测试这些计算建议。
2001-03-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Size Exponents of Branched Polymers/ Extension of the Isaacson-Lubensky Formula and the Application to Lattice Trees
支化聚合物可以分为两类，它们遵循不同的公式：\begin{equation} ν= \begin{cases} \hspace{1mm}\displaystyle\frac{2(1+ν_{0})}{d+2} & \hspace{3mm}\mbox{for polymers with}\hspace{2mm}\displaystyleν_{0}\ge\frac{1}{d+1}\hspace{10mm}\text{(I)}\\[3mm] \hspace{5mm}2ν_{0}& \hspace{3mm}\mbox{for polymers with}\hspace{2mm}\displaystyleν_{0}\le\frac{1}{d+1}\hspace{10mm}\text{(II)} \end{cases}\notag \end{equation}表示在良溶剂中的稀释极限。II类包括具有完全膨胀构型的特殊聚合物。在这些等式的基础上，我们讨论了嵌套结构和格树的大小指数。特别地，我们比较了我们前面的结果，$ν_{d=2}=1/2$，对于具有$ν_{0}=1/4$的$z$ =2聚合物，与数值结果，$ν_{d=2}\doteq 0.64115$，对于在2维晶格上生成的晶格树。我们的推测是，虽然在聚合物物理和凝聚态物理的结论是正确的，产生的差异，从事实上，晶格树是由较少的分支结构比支化聚合物具…
2022-03-03 cond-mat.soft
Worm-like Polymer Loops and Fourier Knots
每一条光滑的闭曲线都可以用一个合适的傅里叶和来表示。我们表明，由随机选择的傅立叶系数与空间频率成反比的振幅（具有平滑的指数截止）产生的曲线的合奏，可以准确地映射到蠕虫状聚合物环的物理合奏。我们发现，措施的相关性的规模上的整个循环产生一个更大的持久性长度比计算的切线-切线关联函数在小的长度尺度。由于扭曲刚度的贡献，物理环在与整个环相当的尺度上表现出额外的刚度，这一猜想可以通过从局部曲率确定持续长度并将其与通过测量dsDNA质粒的回转半径获得的持续长度进行比较来实验测试。系综随机生成的蠕虫状环的拓扑性质被证明是类似于其他聚合物模型。
2006-03-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bridging Pico-to-Nanonewtons with a Ratiometric Force Probe for Monitoring Nanoscale Polymer Physics Before Damage
理解纳米尺度力在皮到纳牛顿范围内的传递在聚合物物理学中很重要。虽然物理方法在分析凝聚环境中的局部力分布方面存在局限性，但使用力探针的化学分析是有前途的。然而，有严格的要求，探测结构破坏前产生的局部力。这些力的大小对应于低于共价键断裂（从200 pN到几nN）和高于热波动（几pN）的范围。在这里，我们报告了一个构象灵活的双荧光力探针，理论上估计阈值约为100 pN。该探针可以对拉伸聚合物链网络中局部力的分布进行比率分析。在不改变聚合物固有性质的情况下，实时可逆地监测力分布。探针位置的化学控制表明，局部应力集中是两倍的偏向交联剂比在主链，特别是在应变硬化区。由于高灵敏度，估计应力探针的百分比比常规机械载体的激活速率高1000倍以上。
2021-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Physically-Motivated Primitive Path Analysis of Entangled Polymer Networks
Binghamton University（宾厄姆顿大学）
提出基于高斯连接数的局部纠缠定量定义和几何纠缠中心，通过拓扑蒸馏算法将粗粒化分子动力学网络转化为离散网络模型，以97%的计算成本降低再现小应变维里应力预测。
2026-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Physico-chemical study of polymer mixtures formed by a polycation and a zwitterionic copolymer in aqueous solution and upon adsorption onto negatively charged surfaces
本研究探究聚阳离子与两性离子共聚物混合物的溶液相互作用及负电表面吸附行为，结合实验与模拟证实复合物组成调控吸附层性质，为可持续聚合物吸附机制研究提供参考。
2024-01-27 cond-mat.soft
The physics of active polymers and filaments
活性物质剂消耗内能或从环境中提取能量用于运动和力的产生。已经相当通用的模型，如积极的布朗粒子的合奏，表现出的现象，这是不存在的平衡，特别是运动引起的相分离和集体运动。进一步有趣的非平衡效应出现在组装的结合活性剂，如在线性聚合物或长丝。活性和构象自由度的相互作用产生了新的结构和动力学特征的个别聚合物，以及在相互作用的合奏。这种不平衡聚合物是生命物质的组成部分，从具有由细胞骨架中的马达蛋白和转录过程中的RNA/DNA推动的细丝的生物细胞，到长群集细菌和蠕虫，例如奇异变形杆菌和秀丽隐杆线虫。甚至人工活性聚合物也已合成。活性聚合物或细丝的涌现性质取决于活性过程与其构象自由度的耦合，这方面在本文中得到了解决。切向和各向同性自推进或主动浴驱动的聚合物的理论模型，在存在和不存在的流体动力学相互作用。他们的构象和动力学性质的后果进行检查，强调强烈的影响活动和流体动力学相互作用之间的耦合。新兴的现象，诱导的空间和流体动力学相互作用的特殊功能，突出显示。各种重要的，但理论上未探索，方面的特点和未来的挑战进行了讨论。
2020-06-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Theory of polymer diffusion in polymer-nanoparticle mixtures: effect of nanoparticle concentration and polymer length
聚合物-纳米粒子混合物的动力学涉及多尺度和系统特定变量，对其理论描述提出了长期的挑战。本文基于广义朗之万方程、模式耦合方法和高分子物理思想，建立了一个高分子在混合物中扩散的微观理论。无参数理论有一个明确的表达，并保持对相关水平上与系统特定的平衡结构作为输入易于处理。以一个最小的聚合物-NP混合物为例，我们的理论正确地捕捉到NP浓度和平均粒子间距离的聚合物扩散的依赖性。重要的是，随着聚合物长度在密集NP和/或长链处增加，聚合物扩散表现出幂律衰减，这标志着缠结状运动的出现。该工作为研究不同聚合物纳米复合材料中的动力学问题提供了第一性原理理论基础。
2021-06-14 cond-mat.soft
Two-Phase Dynamics of DNA Supercoiling based on DNA Polymer Physics
DNA超螺旋在基因组调控过程中产生，如转录和复制，并为这些过程提供机械反馈。在张力作用下，DNA超螺旋可以呈现出伸缩（S）相和伸缩（P）相共存的状态。实验揭示了原丝体的扩散、成核和跳跃等动力学行为。为了用计算变化来表示这些动态，我们首先展示了DNA上的快速动态在P和S相内达到扭矩平衡，然后将两相边界确定为集体慢变量来描述基本动态。根据时间尺度的分离，我们相应地开发了一个两相模型的DNA超螺旋的动力学，它可以捕捉生理相关的事件跨越几个数量级的时间尺度。在该模型中，我们系统地表征了两相之间的缓慢动力学行为，并将数值结果与基于DNA聚合物物理的蠕虫状链模型的结果进行了比较。超螺旋动力学，包括成核，扩散，和跳跃的plectoneme，已经很好地表示和再现，使用两相动力学模型，在微不足道的计算成本。因此，我们目前的发展，可以实现探索多尺度的物理机制的DNA超卷曲依赖的生理过程。
2021-05-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
A Physics-informed Assembly of Feed-Forward Neural Network Engines to Predict Inelasticity in Cross-Linked Polymers
在固体力学中，数据驱动方法被广泛认为是一种新的范式，可以克服本构模型的经典问题，如极限假设，复杂性和对训练数据的高度依赖。然而，由于数据空间的高维性、缺失数据的显著大小和有限的收敛性，在材料建模中实现机器学习方法一直是适度的。这项工作提出了一个框架，雇用概念从聚合物科学，统计物理学和连续介质力学提供超约束机器学习技术的降阶，以克服许多现有的困难。使用顺序降阶，我们简化了三维应力应变张量映射问题到有限数量的超约束一维映射问题。接下来，我们引入了一个多个复制神经网络代理的集合，将这些映射问题系统地分类为几个类别，所有这些类别都是一些不同代理类型的复制。通过捕获所有的加载模式，通过一组简化的分散的实验数据，提出的混合组装的代理提供了新一代的机器学习方法，简单地优于大多数本构关系的训练数据量，训练速度和精度，即使在复杂的加载情况。此外，它避免了传统的基于AI的模型的低可解释性。
2020-11-20 cond-mat.soft
Entropy Driven Phase Separation in a Model Colloid-Polymer Mixture
一个巨正则蒙特卡罗方法模拟一个简单的胶体聚合物混合物称为AO模型将被描述。已知在该模型中发生的相分离由熵驱动。确定了不混合转变的相图、表面张力和临界点。出现在：“计算机模拟研究在凝聚态物理XVIII，编辑。D.P. Landau、S.P. Lewis和H.B. Schuettler（Springer Verlag，Heidelberg，Berlin，2004）.
2004-02-24 cond-mat.soft
Self-Assembly in Mixtures of Amphiphilic Polymers and Surfactants
我们提出了一个两亲聚合物和两亲小分子（表面活性剂）在稀水溶液中的联合自组装模型。假定聚合物由亲水性主链和大量疏水性侧基组成。优选的表面活性剂结合到疏水微区沿聚合物诱导结合的表面活性剂之间的有效吸引力。这导致取决于单个物理参数ε的两种不同的结合方式，ε表示表面活性剂-聚合物亲和力和聚合物疏水性之间的比率。对于小的ε，结合是非合作的，而对于大的ε，在明确定义的临界聚集浓度下，结合变得强合作。我们的研究结果是一致的观察不同的实验系统。
1998-04-07 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effective forces between active polymers
两种完全柔性的自回避聚合物之间相互作用的表征是高分子物理中的经典问题之一。在本文中，我们测量这些相互作用的存在下，积极的波动。我们引入活动的问题，使用两个最流行的模型在这个领域。一种是活性有效地嵌入单体的动力学中，另一种是被动聚合物在活性颗粒的显式浴中波动。我们建立的条件下，活性聚合物之间的相互作用可以映射到经典的被动问题。我们观察到，活性浴可以驱动聚合物之间强吸引力相互作用的发展，并且在实施显著程度的重叠后，它们聚集在一起形成单个双链单元。还报道了跟踪这种构象行为变化的相图。
2022-03-01 cond-mat.soft
Self-diffusion in binary blends of cyclic and linear polymers
一个晶格模型被用来估计缠结的环状和线性聚合物的自扩散在不同的组成的共混物。为了解释模拟结果，我们提出了一个极小模型的基础上的物理思想，渗透线性链施加在环状聚合物上的约束必须被释放，才可以扩散超过一个回转半径。模拟和最近报道的关于缠结DNA溶液的实验数据都支持在广泛的混合物组成、浓度和分子量范围内的简单模型。
2008-05-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Physics of adherent cells
细胞黏附到外表面的最独特的物理特征之一是在细胞-材料界面处主动产生机械力。这包括由可收缩的聚合物束和网络产生的拉力，以及由聚合物网络的聚合产生的推力。这些力主要通过粘着斑传递到基底，粘着斑是大的但高度动态的粘着簇。组织细胞利用这些力来感知环境的物理特性，并相互交流。力的作用与细胞的材料特性及其物理环境有着错综复杂的联系。本文从理论软物质物理的角度，结合相关实验，综述了力在细胞黏附中的作用的研究进展。
2013-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
