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
Universal transport of active colloids with sensory delay in motility landscapes
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；University of Barcelona Institute of Complex Systems (UBICS)（巴塞罗那大学复杂系统研究所）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究了具有感知延迟的活性胶体在运动景观中的扩散传输，通过动态随机切换过程替代自推进速度的空间依赖性，推导出均方位移和有效扩散系数的解析结果，揭示了密度模式和有效扩散的普适标度形式。
2026-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Escape of a passive particle from activity-induced energy landscape: Emergence of slow and fast effective diffusion
由主动过程驱动的自发持续运动在维持活细胞远离平衡中起着核心作用。在大多数的研究工作中，一个主动系统的稳态动力学已经描述了一个有效的温度。在大多数的研究工作中，一个主动系统的稳态动力学已经描述了一个有效的温度。相比之下，我们已经研究了一个原型模型的扩散在活动引起的崎岖的能源景观来描述一个标记的粒子在一个密集的活动环境中的缓慢动态。从活跃的崎岖的能量景观的平均逃逸时间的表达式只适用于低活动的限制，从崎岖的能量景观的平均逃逸时间随着活动而增加。主动相关的精确形式将决定平均逃逸时间是否依赖于持续时间。活性崎岖的能量景观的方法也允许估计非平衡有效扩散率的特征的缓慢扩散运动的标记的颗粒由于活动。另一方面，在稀释环境中，高活性增强了标记颗粒的扩散。增强的扩散可归因于高于环境温度的有效温度，并用于计算Kramers的平均逃逸时间，其随活性而减小。我们的研究结果有直接的相关性，最近的实验标记粒子在凝聚相中的扩散。
2020-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Energy landscape description of the clustering transition for active soft spheres
对于一个系统组成的活跃的软球在三维空间中，我们研究的过渡从流体中的粒子之间的重叠只能发生很短的时间后，碰撞的状态，重叠粒子的集群持续很长一段时间。为了确定过渡的性质，我们探索系统的能量景观，以类似的方式，因为它是做的确定无热或热干扰过渡。注意，对于零温度，附着在现有簇上的粒子和由于热效应而分离的粒子的竞争不会出现。因此，在这里我们不研究这样的竞争，因为我们考虑的是小能量或零能量的系统。相反，我们探索在哪些包装分数和什么活动团簇形成可以发生在所有。在无热系统的情况下，没有集群发展在所有和系统，其中发现稳定的集群之间的过渡是一个一阶过渡的填充分数低于0.55，而过渡是连续的情况下，较大的填充分数。在热系统的情况下，过渡是连续的无处不在。虽然我们的方法不处理系统的真实动态，但它揭示了聚类过渡的性质，并且能够更深入地了解热波动的后果以及聚类过渡与干扰的关系。虽然布朗时间尺度在非热系统中发散，但我们考虑的活动可以与其他模拟中的活动速度进行比较，如果后者以颗粒尺寸除以弹性时间尺度的单位来测量。
2019-06-27 cond-mat.soft
Delayed Active Swimmer in a Velocity Landscape
Charles University（查理大学）；Universität Leipzig（莱比锡大学）；University of Gothenburg（哥德堡大学）
研究延迟对主动粒子动力学的影响，揭示时间延迟如何控制粒子运输与自组织，为生物微游泳器和合成微机器人提供新机制。
2025-05-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian and inertial particles in disordered environments: short-time expansion of the mean-square displacement
我们考虑一个活跃的布朗粒子在无序的二维能量或运动景观。平均均方位移（MSD）的颗粒内的系统的短时扩展的解析计算。因此，对于过阻尼颗粒，外部随机力场和自推进速度的无序都引起弹道行为，增加了具有急剧自推进速度的活性颗粒的弹道状态。力和运动景观中的空间相关性仅对MSD的三次和更高阶幂有贡献。最后，对于惯性粒子的两个超弹道制度的MSD随时间的标度指数是$α=3$和$α=4$。我们通过计算机模拟证实了我们的理论预测。此外，它们在随机环境中的自推进胶体实验中是可验证的。
2021-04-30 cond-mat.soft
Mastering energy landscapes via liquid liquid phase separation to program active supramolecular coassembly from the nano to macro scale
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）；ModelMole；University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；University of Valladolid（瓦拉多利德大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
本研究利用液-液相分离调控无序蛋白质和多肽共组装系统的能量景观，实现从纳米到宏观尺度的可预测组装控制，为设计类生命层级材料提供通用框架。
2025-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Reaction Delays Boost, Rectify, and Reverse Motility in Activity Landscapes
Leipzig University, Faculty of Physics and Earth Sciences（莱比锡大学物理与地球科学学院）
该研究发现延迟速度适应（延迟运动性）可打破活性景观的细致平衡，通过延迟时间调控实现定向输运、扩散增强甚至电流逆转，为活性物质自主控制提供了通用实验机制。
2026-08-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active doping controls the mode of failure in dense colloidal gels
本文通过模拟表明，在深度退火多分散胶体凝胶中嵌入主动粒子，其游泳力可在临界值处引发脆性—延性失效模式转变，并改变孔隙、吸引力分布与动力学非均匀性。
2024-11-25 cond-mat.soft
Optimal control of interacting active particles on complex landscapes
本文利用随机最优控制理论和APIC算法，研究复杂景观中相互作用活性粒子的最优导航控制，发现最优路径沿山脊沟壑边缘涌现，并揭示控制功与时间范围的反比关系。
2023-11-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.other cond-mat.soft
Active Learning the Coarse-Grained Energy Landscape For Water Clusters From Sparse Training Data
ANN目前通过生成大量（大约$10^{4}$或更大）结构数据来训练，希望ANN已经充分采样了接近和远离平衡的能量景观。然而，当涉及到更精确的量子理论水平时，这可能有点令人望而却步。因此，期望使用可能的绝对最小数据集来训练模型，特别是当诸如CCSD和QMC的高保真计算的成本高时。在这里，我们提出了一种主动学习的方法，迭代训练人工神经网络模型，忠实地复制粗粒度的能量表面的水簇使用其训练数据中只有426个总结构。我们的主动学习工作流程从稀疏训练数据集开始，该数据集通过Monte Carlo方案不断更新，该方案稀疏查询能量景观并测试网络性能。接下来，使用更新的训练集重新训练网络，该训练集包括来自先前迭代的失败配置/能量，直到达到收敛。一旦经过训练，我们生成了一个广泛的测试集，其中包含从1到200个分子的簇中采样的约100，000个配置，并证明与参考模型相比，经过训练的网络充分再现了能量（平均绝对误差（MAE）约为2 meV/分子）和力（MAE约为40 meV/{eV}）。更重要的是，经过训练的ANN模型还准确地捕获了作为各种簇大小的函数的结构和自由能。总的来说，这项研究报告了一个新的主动学习计划，有前途的战略，开发精确的力场分子模拟使用极其稀疏的训练数据集。
2019-11-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Optimal chemotactic navigation in disordered landscapes
State Key Laboratory for Quantitative Synthetic Biology, Shenzhen Institute of Synthetic Biology, Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院深圳先进技术研究院校合成生物学国家重点实验室、深圳合成生物学研究院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Huazhong Agricultural University（华中农业大学）
研究揭示了在杂乱环境中趋化导航的最优策略，通过分析大肠杆菌在琼脂凝胶中的行为，发现最优运行时间与环境密度之间的非单调关系，并提出对抗性缩放理论。
2026-11-02 cond-mat.soft
Target search of active agents crossing high energy barriers
活性剂在崎岖的能源景观中的目标搜索仍然是一个挑战，因为标准的增强采样方法不适用于不可逆的动态。我们克服了这个非平衡稀有事件的问题，通过开发一个算法推广到主动布朗动力学的过渡路径采样。这种方法是例示和基准的一个范例的二维潜在的高势垒。我们发现，即使在这样一个简单的景观的结构和动力学的过渡路径的合奏急剧变化的存在下的活动。事实上，主动布朗粒子比被动布朗粒子更频繁地到达目标，遵循更长且违反直觉的搜索模式。
2021-01-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Patchy landscapes promote stability of small groups
该研究利用可调光学环境中的活性粒子模型，证明异质、斑块化的能源分布可形成更小、更稳定且个体交换更少的群体，为生态动力学及群体智能算法和人群控制提供启示。
2023-10-02 cond-mat.soft physics.optics
Interacting particles in an activity landscape
该研究通过模拟与理论探究空间依赖游动速度的相互作用活性布朗粒子，揭示活性景观中ABPs无力学平衡的压差来源，明确主动-被动斑块系统无临界点，及高密度下恢复类运动诱导相分离行为的规律。
2022-04-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Atoms and Interstitials in Two-dimensional Colloidal Crystals
本文通过实验和数值模拟研究了二维松散堆积胶体晶体中自泳活性粒子在流体界面上的运动。根据活性粒子和晶格之间的相互作用，出现了两种情况：活性粒子要么作为间隙在整个晶体中导航，要么是晶格的一部分并表现为活性原子。活性胶体经历一个运行和翻滚运动，与被动胶体的晶体作为翻滚网站。相反，活性原子表现出间歇性运动，这源于被动晶体的周期性势场与粒子的自推进之间的相互作用。我们的研究结果揭示了致密的活性相的行为，并构成了实现非紧密堆积的结晶相与内部活动的第一步。
2017-10-24 cond-mat.soft
Mpemba effect in the relaxation of an active Brownian particle in a trap without metastable states
本研究探讨活性对无亚稳态陷阱中胶体Mpemba效应的影响，发现活性可调节所需势能不对称阈值，归因于相空间有效平移。
2024-11-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cage Breaking Far from Equilibrium
Van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学范德瓦耳斯-泽曼物理研究所）；Department of Medical Biochemistry, Amsterdam UMC University of Amsterdam（阿姆斯特丹UMC大学医学生物化学系）；Institute of Theoretical Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学理论物理研究所）；Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）
本文研究了活性物质在非平衡态下突破笼子的现象，通过构建熵景观分析其动态行为，揭示了活动性如何重塑笼子结构和不可逆性。
2026-03-16 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
Stochastic Ratcheting on a Funneled Energy Landscape is Necessary for Highly Efficient Contractility of Actomyosin Force Dipoles
目前对非肌肉细胞的无序肌动球蛋白网络中收缩性如何出现的理解仍然主要基于来自早期肌肉收缩性工作的直觉。然而，这种观点在很大程度上忽略了被动交联剂结合后的自由能增益，即使在没有主动波动的情况下，自由能增益也提供了朝向高度重叠的丝状状态的热力学驱动。在这项工作中，我们揭示了这一现象，表明被动交联剂，当考虑在两个反平行丝的情况下，产生明显的收缩力。然而，随着交联剂的结合自由能的增加，动力学停滞的急剧开始随之而来，大大降低了这种收缩机制的有效性，使得网络仅在其边界处具有弱抵抗张力的情况下收缩。我们已经进行了随机模拟阐明这一机制，其次是平均场处理，预测收缩力如何渐近规模小，大的结合能，分别。此外，当考虑一个积极的收缩丝对，非肌肉肌球蛋白II的基础上，我们发现，这些电机的非进行性的性质导致非常低效的力的产生，由于反冲滑动的重叠期间，当电机被解离。然而，我们发现，被动交联剂可以作为一个结构棘轮在这些未绑定的运动时间跨度，导致巨大的力放大。我们的研究结果揭示了生物活性物质中瞬时结合蛋白质的非平衡效应，如在非肌肉肌动蛋白细胞骨架中观察到的，表明高效的收缩力偶极子来自被动交联剂和主动电动机动力学的协同作用，通过棘轮机制在漏斗状能量景观上。
2017-05-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Swimming to Stability: Structural and Dynamical Control via Active Doping
外场可以决定性地改变软材料的自由能景观，并且可以被利用作为组装目标纳米结构和胶体材料的强大工具。在这里，我们使用计算机模拟来证明非平衡内部场或力-由系统内的驱动组件产生的力-以活性粒子的形式可以精确地调节模型软材料（胶体凝胶）的动态自由能景观。在凝胶内嵌入一小部分活性颗粒可以为动态受抑网络提供独特的途径，以绕过与仅通过热波动达到较低自由能状态相关的动力学障碍。此外，通过与凝胶的性质相比仔细地调节活性颗粒性质（推进游泳力和持续长度），活性颗粒可以在凝胶的组成颗粒之间诱导类似耗尽的力，尽管颗粒之间没有几何尺寸不对称性。这些合力可以迅速地将系统推向相空间的不同区域。有趣的是，材料的状态可以通过调节宏观传输特性（如溶剂粘度）来改变。我们的研究结果突出了潜在的广泛的结构和动力学控制促进了不同的动力学特性的一个显着的小部分驱动嵌入在主机材料的粒子。
2019-02-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How non-equilibrium correlations in active matter reveal the topological crossover in glasses
正如玻璃化转变的平均场模型的早期研究所示，能量景观的几何特征提供了在模式耦合温度$T_d$的动态转变的基本信息。我们表明，活性粒子可以作为一个有用的工具，深入了解模型玻璃形成的拓扑交叉。在这样的系统中，势能景观中的极小到鞍形转变的标志性事件发生在$T_d$附近，是动力学的临界减速。然而，临界减速是数值模拟的瓶颈，并且利用能够在玻璃相中热化的新智能算法的可能性是有吸引力的。我们的建议是考虑配置平衡低于阈值和研究他们的动态存在少量的自推进。正如这里从p-自旋模型的研究中所举例说明的那样，自推进的存在在极小到鞍形交叉处产生临界的非平衡等时关联，这种关联不受缓慢的玻璃态动力学的阻碍。
2021-07-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active-Particle Polarization Without Alignment Forces
活性颗粒悬浮液在活性景观中表现出不同的偏振密度模式，即使没有各向异性颗粒相互作用。这种没有排列力的极化在运动诱导的相分离中起作用，并向中尺度观察者泄露了内在的微观活动。使用稳定的长期约束的一个单一的热microswimmer在一个专用的力自由粒子阱，我们检查极化的界面层在运动的步骤，并确认它不施加压力到散装。我们的观察定量解释的分析理论，也可以指导更复杂的几何形状和多体效应的分析。
2021-01-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Classical Nucleation Theory for Active Fluid Phase Separation
经典成核理论（CNT），连接罕见的成核事件的自由能景观的一个不断增长的核，是核心的被动流体中的相变动力学的理解。非平衡系统中的成核更难描述，因为没有自由能，而是一个依赖于动力学的准势，通常必须用数值方法找到。在这里，我们将CNT扩展到一类由最小场论模型（Active Model B+）控制的主动相分离系统。在小的噪音和过饱和度的限制，CNT假设，我们计算解析的准势，因此成核势垒，液-汽相分离。至关重要的是，我们的结果，细致平衡，虽然打破微观活动，恢复沿瞬子轨迹，其中在CNT涉及的核半径作为唯一的反应坐标。
2023-02-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Robust Molecular Computation by Active Mechanics
活细胞消耗能量和物质资源来可靠地处理来自环境的信息。为了做到这一点，它利用了不可靠的分子电路，该电路会受到热和其他波动的影响。在这里，我们认为，积极的，物理过程可以提供信息处理的纠错机制。我们分析了一个模型，在该模型中，波动的受体激活诱导收缩应力，招募更多的受体，动态控制资源的使用和准确性。我们表明，这种主动方案可以优于被动，静态集群（如形成，例如，通过蛋白质交联）。我们考虑简单的二进制环境，信息决策树和化学计算;在每种情况下，主动应力用于上下文构建信号平台，动态抑制错误，并允许强大的细胞计算。
2022-04-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active particles driven by competing spatially dependent self-propulsion and external force
我们研究如何竞争存在的非均匀运动景观和外部限制场影响活性粒子的性质。我们采用主动Ornstein-Uhlenbeck粒子（AOUP）模型与周期性的游泳速度配置文件，以获得分析近似的稳态概率分布的位置和速度，包括统一的有色噪声近似和理论的无势活性粒子与空间相关的游泳速度最近开发的。我们测试的理论限制在一个谐波陷阱，这引起了有趣的属性，如从单峰到双峰（并最终多峰）的空间密度的过渡，诱导减少空间周期的自推进的活性粒子。相应地，速度分布显示出明显的偏离高斯形状，甚至在高运动性区域显示出双峰分布。我们的研究结果可以通过外场中的胶体Janus粒子的实空间实验得到证实。
2022-03-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shaping active matter from crystalline solids to active turbulence
本研究通过大规模智能体分辨模拟表明，仅调节湿式泳动介质活性即可连续控制固液气相变与层流—湍流转变，并统一解释化学活性系统的矛盾实验。
2024-03-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Symmetry-protected phases in a 1D active solid with mechanochemical feedback
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
研究通过机械化学自组织框架揭示了一维活性固体中丰富的对称保护相，通过幅值方程和群论分析发现压缩驱动振荡死亡的通用转变，为生物组织局部信号阻尼提供了物理基础。
2026-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Noisy active matter
本文综述了活性物质中噪声的核心作用，提出噪声是可调节的适应性资源，通过耗能反馈、乘性噪声和群体平均等机制催生秩序与涌现行为。
2025-08-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Collective self-optimization of communicating active particles
寻求如何集体自组织，以最大限度地提高社会群体成员的生存机会，需要在最大限度地提高个人和群体的福祉之间找到一个最佳的妥协。在这里，我们开发了一个极小模型描述活跃的个人消费或生产，并响应共享资源，如氧气浓度的趋氧细菌或温度场的企鹅，同时敦促一个最佳的资源价值。值得注意的是，这个模型可以近似为吸引-排斥模型，但一般来说，它具有多体相互作用。虽然前者阻止了一些个体接近共享资源场的最优值，但集体多体相互作用诱导了非周期性模式，允许群体集体自我优化。可以说，提出的最佳场为基础的集体相互作用代表了一个通用的概念，在界面上的活性物质物理学，集体行为，和微生物的趋化性。这个概念可能作为一个有用的成分，以优化合成活性剂的合奏或帮助揭示某些社会群体用来最大限度地提高生存机会的通信规则的方面。
2021-12-07 cond-mat.soft nlin.AO nlin.PS
