Collective Ratchet Effects and Reversals for Active Matter Particles on Quasi-One-Dimensional Asymmetric Substrates
使用计算机模拟，我们研究了一个二维系统的空间相互作用的自移动运行和翻滚盘形粒子与一个潜在的周期性准一维非对称基板，并显示了丰富多样的集体主动棘轮行为出现作为粒子密度，活动，基板强度和基板周期的函数。棘轮效率是非单调的，因为棘轮效应是由增加的活动，但减少了发病的自聚簇的活性粒子。增加颗粒密度降低棘轮效率弱基板，但增加棘轮效率强基板由于集体跳跃事件。在最高颗粒密度下，棘轮运动被自干扰效应破坏。我们表明，它是可能实现逆转的棘轮效应，其中的净流量的粒子是沿着硬，而不是容易的方向基板的不对称性。当多行活性粒子可以被限制在每个衬底最小值时，反转发生在强衬底极限中，允许出现经历反转的有效衬底电势的紧急粒子状激发。我们绘制了一个相图的正向和反向棘轮效应的粒子密度，活动，和基板性能的函数。
2016-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Odd mobility of a passive tracer in a chiral active fluid
该研究建立二维手性活性流体中被动示踪剂反常升力的广义 Green-Kubo 关系，提出奇数迁移率，并通过模拟揭示其密度变形机制及尺寸分选潜力。
2023-03-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Collective Transport for Active Matter Run and Tumble Disk Systems on a Traveling Wave Substrate
我们用数值方法研究了一组与行波基片相互作用的主动滚转盘的输运。我们发现，作为基板强度，波的速度，磁盘活动，和磁盘密度的函数，出现了各种动力学阶段，与磁盘的结构和净通量。我们发现，有一个尖锐的过渡到一个状态，其中磁盘只有部分耦合到基板，并形成一个相分离的集群状态。这种转变与净磁盘通量的下降有关，并且可以作为基底速度、最大基底力、磁盘运行时间和磁盘密度的函数发生。由于磁盘的活动参数的变化产生不同的磁盘漂移率为一个固定的行波速度在基板上，我们认为该系统可以作为一个有效的方法用于活性物质物种分离。在团簇相内，我们发现在某些区域团簇质心的运动方向与行波的方向相反，而当最大衬底力增加时，团簇的运动方向与行波的方向相反.这表明群集或集群运动可以作为一种方法，通过这种方法，一个主动系统可以集体移动，以对抗外部漂移。
2016-11-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dewetting and Spreading Transitions for Active Matter on Random Pinning Substrates
我们发现，空间相互作用的自推进磁盘中存在的随机钉扎基板表现出各种不同的状态之间的转换。特别地，从相分离的簇状态，盘可以展开并均匀地覆盖衬底，这可以被视为活性物质润湿转变的示例。我们映射的活动，磁盘密度和基板强度的函数的这种转变的位置，我们还确定其他阶段，包括集群状态，集群和迷宫润湿相之间的共存，和固定的液体。这些阶段可以确定使用簇的大小，在润湿-去湿过渡，和六重协调的颗粒，当发生去湿下降的分数下降。
2016-08-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian particles can mimic the pattern of the substrate
该研究通过二维模拟发现，活性布朗粒子在活性空间分布非均匀的基底上会形成与基底图案一致的稳态密度、极化与通量分布，从而实现对基底非均匀性的模拟。
2023-10-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Dissipation controls transport and phase transitions in active fluids: Mobility, diffusion and biased ensembles
活性流体通过在颗粒水平上不断耗散能量来进行定向运动，产生动力学和相位，而没有任何平衡等效物。新兴的行为已经被广泛研究，但破译如何本地能量通量控制集体现象仍然是一个很大的挑战。我们提供了通用的活动引起的耗散和内部示踪剂的传输特性之间的关系。通过利用积极的波动和无序驱动之间的映射，我们的研究结果揭示了如何本地耗散，在自推进的基础上，通过减少流动性和扩散的粒子约束内部运输。然后，我们采用大偏差的技术来研究当耗散变化时相互作用是如何受到影响的。这使我们揭示了一个微观机制，以促进集群在低耗散，我们也表明集体运动在高耗散的存在。总的来说，这些结果说明了调谐耗散如何为活性流体中的相变提供替代途径。
2020-01-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anomalous mobility of a driven active particle in a steady laminar flow
我们研究，通过广泛的数值模拟，力-速度曲线的活性颗粒平流的稳定层流，在非线性响应制度。我们的模型的活性粒子依赖于色噪声项，模仿其持续运动的时间尺度$τ_A$。我们发现，活性粒子动力学表现出非平凡的影响，如负微分和绝对迁移率（NDM和ANM，分别）。我们探索空间的模型参数和比较所观察到的行为与被动粒子（$τ_A=0$）平流由相同的层流。我们的研究结果表明，NDM和ANM的现象是相当强大的考虑噪声的细节：特别是有限的$τ_A$一个更复杂的力-速度关系，可以观察到。
2018-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Absolute negative mobility of an active tracer in a crowded environment
本文通过微观理论揭示活性示踪粒子在拥挤晶格环境中出现绝对负迁移率的机制，解析计算其速度并确定参数条件，同时阐明其与负微分迁移率的关系。
2022-12-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active nematics on a substrate: giant number fluctuations and long-time tails
我们构建的序参量和浓度的耦合动力学的固体表面上的驱动粒子的相位的运动方程，并表明，它们意味着（i）巨大的数量波动，与平均值成比例的标准偏差和（ii）长时间的尾巴$\sim t^{-d/2}$在$d$尺寸的粒子速度的自相关，尽管没有流体动力学速度场。我们的预测可以在实验中测试的阿米巴细胞聚集体，以及层搅拌颗粒物质。
2002-08-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Matter Commensuration and Frustration Effects on Periodic Substrates
本文研究自驱动粒子在周期性障碍阵列上的相称与阻挫效应，发现活性诱导相分离产生晶体态或阻挫态，并伴随六重有序度和团簇尺寸峰值，加漂移力时迁移率出现类似超导涡旋的峰谷。
2020-11-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Clogging, Dynamics and Reentrant Fluid for Active Matter on Periodic Substrates
本研究探讨了周期性障碍物上有源物质圆盘的集体状态，发现活性诱导堵塞、重入流体及方向依赖的堵塞行为，并绘制了不同状态随密度、驱动和活性变化的相图。
2021-03-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Matter on Asymmetric Substrates
对于在与不对称衬底相互作用的热浴中的颗粒集合，可能发生棘轮效应，其中颗粒响应于交流强迫而经历净直流运动。棘轮效应已经在各种系统中得到证实，包括胶体以及II型超导体中的磁涡旋。在这里，我们研究的情况下，活性物质或自驱动粒子与非对称基板相互作用。活性物质系统包括经历催化作用的自运动胶体颗粒、游动细菌、人工游泳者、爬行细胞和运动蛋白。我们表明，棘轮效应可以出现在这种类型的系统，即使在没有交流强迫。定向运动发生在某些粒子-基底相互作用规则下，其大小取决于粒子在转向并向新方向游动之前在一个方向游动所花费的时间量。对于严格布朗粒子，不存在棘轮效应。如果粒子从障碍物反射或从障碍物散射，根据斯涅耳定律，则不存在棘轮效应;然而，如果粒子可以与障碍物对齐或沿着障碍物移动，则产生定向运动。我们还发现，在一定的运动规律下，颗粒沿容器壁积聚，与实验一致。我们还研究了同步粒子运动的斑图形成。我们讨论了这个系统的自组装，提取工作，排序以及未来的方向，如考虑集体相互作用和植绒模型的可能应用。
2011-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Directional Locking Effects for Active Matter Particles Coupled to a Periodic Substrate
本文研究run-and-tumble活性粒子在周期性障碍物阵列上的方向锁定效应，发现无偏置时运动锁定于基底对称方向，锁定角度满足arctan(p/q)，偏置力下行为受自推进力与偏置力比值影响，大障碍物下出现非单调捕获行为。
2020-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pattern Formation and Flocking for Particles Near the Jamming Transition on Resource Gradient Substrates
本文数值研究资源梯度基底上主动与被动粒子双分散体系，揭示高密度下多种图案形成相及定向聚集行为，并绘制了依赖密度、资源速率和粒子比例的相图。
2022-07-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Laning and Clustering Transitions in Driven Binary Active Matter Systems
众所周知，经历相反方向驱动的非活动盘的二元系统表现出堵塞、相位分离、无序和倾斜状态。在活性物质系统中，例如一群行人，沿相反方向行驶是常见的和相关的，特别是在以高行人密度和紧急情况为特征的条件下。在这种情况下，从倾斜到无序状态的转变可能与恐慌状态的开始有关。我们模拟了一个包含活动磁盘的laning系统，遵守运行和翻滚动力学，我们测量的漂移迁移率和结构作为运行长度，磁盘密度和漂移力的函数。可以基于速度向量的相关时间尺度来量化每个盘的活动。我们发现，在某些情况下，增加活动可以增加系统的流动性，打破堵塞的配置，但是，活动水平太高，可以降低流动性，增加磁盘-磁盘碰撞的概率。在拉宁状态下，活性的增加诱导急剧过渡到无序的强烈波动状态，流动性降低。我们确定了一种新的驱动诱导的集群拉宁状态，即使在密度低于活动诱导的集群过渡的未驱动系统保持稳定。
2018-05-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Passivity-Driven Order-Disorder Transitions in Self-Aligning Active Matter
Beijing Normal University（北京师范大学）；Northwestern University（西北大学）；University of Vermont（佛蒙特大学）；Humboldt Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Research Cluster of Excellence ‘Science of Intelligence’（智能科学卓越研究集群）
研究被动和活性自对齐盘的密集混合物，发现被动分数控制有序-无序转变，其连续性取决于运动的各向同性或各向异性。基于微观方向动力学推导的平均场方程揭示了这种二元性。近转变点，有序区域根据被动粒子的空间排列和晶格缺陷呈现多种亚稳振荡或旋转状态，但具有不同的暂态动力学。
2026-04-17 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
Synchronized Rotations of Active Particles on Chemical Substrates
本文构建化学图案化基底上活性布朗粒子最小模型，发现化学泳动与活性竞争可产生同步旋转聚集相，证明旋转序无需显式对齐相互作用即可涌现，并可用于机械装置设计。
2024-02-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Transmission of mobility via cooperative mechanisms in soft active matter
本文研究软活性物质中少量活性分子触发流化相变的现象，发现活性分子的迁移率通过介质协同机制传递给非活性分子，并与促进理论一致。
2024-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active fluctuations drive inertia-free absolute negative mobility in soft and living matter
University of Silesia（西里西亚大学）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
研究发现一维耗散系统中可通过主动波动实现绝对负移动性，为生物细胞传输行为和微观分离策略提供新思路。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven transport of active particles through arrays of symmetric obstacles
本研究通过数值模拟，发现活性粒子在对称障碍物阵列中的驱动输运受自推进长度影响，表现出扩散峰、迁移率突变及对角驱动下的负微分迁移率，旨在理解多孔介质中活性物种的输运。
2023-10-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Swimmer suspensions on substrates: anomalous stability and long-range order
我们提出了一个全面的理论的动力学和波动的二维悬浮的极性活性粒子在不可压缩流体局限于基板。我们表明，依赖于一个单一的参数的符号，一个状态与极性取向顺序是非常稳定的（或非常不稳定），与非零的松弛（或增长）率为零波数的角波动。这种在稳定状态下对对称性破缺模式的屏蔽确实会导致常规的而不是Bricard等人所认为的巨大的数字波动，Nature ${\bf 503}$，95（2013），但是它们在展曲稳定的群中的弯曲不稳定性不存在，并且极性相在二维中具有长程序。我们的理论也描述了受限的三维薄膜悬浮液的活性极性粒子以及致密的可压缩的活性极棒，并预测了一个植绒过渡没有带状不稳定性
2019-01-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active XY model on a substrate: Density fluctuations and phase ordering
本文结合智能体 Monte-Carlo 模拟与流体力学理论，研究基底上守恒主动 XY 自旋系统，揭示无流体力学相互作用下的相位同步及相有序与密度涨落的新颖对应。
2023-06-15 cond-mat.stat-mech
