Quantum Brownian motion in ratchet potentials
本文研究了在交变力场作用下棘轮势中量子粒子的动力学行为。我们发展了一个微扰方法弱棘轮势和力场。在这种方法中，我们得到了直流电流整流和电流反转的解析描述。各种限制的情况下，如经典的限制，限制的高或低的频率，和/或高温的运输特性-明确推导。为了深入了解整流电流对相关参数的复杂依赖关系，我们确定了特征尺度，并获得棘轮系统的响应尺度函数。我们特别注意惯性效应，并表明它们通常是相关的，例如，在高温下。我们发现整流电流的高温衰减遵循一个非平凡指数的代数定律，$j\propto T^{-17/6}$。
2002-01-02 cond-mat.stat-mech
Performance Estimation for Two-Dimensional Brownian Rotary Ratchet Systems
在布朗棘轮模型的背景下，研究了一个分子旋转系统，该系统可以执行由线性极化交流场诱导的单向旋转，并在负载下产生正功。该模型是基于朗之万方程的粒子在一个二维（2D）的三重对称的三齿棘轮势。系统的性能由矫顽转矩表征，即，与由AC驱动场引起的转矩竞争的负载的强度，以及从驱动场到转矩的力转换中的能量效率。我们提出了一个主方程的粗粒度的状态，它考虑到状态之间的边界运动，并开发一个动力学描述估计平均角动量（MAM）和相关的能量平衡方程的权力。分析框架结合了几个二维特征，并适用于广泛的一类模型的光滑的二维棘轮电位。我们确认，所获得的表达式MAM，功率和效率的模型可以预测定性行为。我们还讨论了有用的扭矩/功率关系的实验分析，并提出了一个特点的2D棘轮系统。
2015-02-18 cond-mat.stat-mech
Minimal Brownian Ratchet: An Exactly Solvable Model
我们开发了一个精确可解的三状态离散时间最小布朗棘轮（MBR），其中状态之间的转移概率是不对称的。通过求解主方程，我们得到稳态概率。通常，稳态解不显示细致平衡，从而引起MBR中的诱导定向运动。对于一个简化的二维参数空间，我们发现零曲线上的净电流消失和细致平衡举行。在这条曲线上的系统称为平衡系统。在零曲线上，引入了一个额外的外部随机噪声源，以表明在零总驱动力下可以诱导定向运动。我们还指出了有偏随机噪声的失衡行为。
2003-11-04 cond-mat.stat-mech
Flashing subdiffusive ratchets in viscoelastic media
我们研究了周期性和随机闪烁电位中的亚扩散棘轮输运。由于粘弹性环境的影响，中心布朗粒子与周围的辅助布朗准粒子弹性耦合。与布朗运动的标准动力学模型类似，外力只影响中心粒子的运动，而不直接影响环境自由度（见视频）。只需少数辅助布朗粒子就足以模拟许多时间几十年的次扩散。时间调制的潜力违反了热细致平衡的对称性，并诱导异常subdiffusive电流表现出显着的质量在低温下，以及一些其他令人惊讶的功能，如在低温下的饱和，和多个反转的传输方向上的驱动频率的变化在非绝热制度。我们的研究概括了经典的布朗电机在粘性粘弹性环境中工作，如生物细胞的细胞质或致密的聚合物溶液。
2012-01-25 cond-mat.stat-mech
The tilted flashing Brownian ratchet
闪烁的布朗棘轮是一个随机过程，交替在两个制度，一个一维的布朗运动和布朗棘轮，后者是一个一维的扩散过程，漂移到一个周期性的非对称性的最小电位。结果是定向运动。在存在沿与定向运动相反的方向作用的静态均匀力的情况下，定向运动效应减小（甚至反转）。这样的过程可以被称为倾斜闪光布朗棘轮。我们展示了如何可以研究这个过程的数值，使用随机游动近似，或等价地，使用数值解的福克-普朗克方程。随机模拟是另一种可行的方法。
2019-01-24 cond-mat.stat-mech math.PR
Information and maximum power in a feedback controlled Brownian ratchet
闭环或反馈控制棘轮是布朗马达，其使用关于系统状态的信息来操作。对于这些棘轮，我们计算的功率输出，我们调查它与反馈控制中使用的信息的关系。我们得到了单粒子和少粒子闪烁棘轮的解析表达式，我们发现，最大功率输出有一个上限成正比的信息。此外，我们表明，从改变最佳的开环棘轮的结果，以闭环棘轮的功率输出的增加也有一个上界，是线性的信息。
2007-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Energy-Efficient Pseudo-Ratchet for Brownian Computers through One-Dimensional Quantum Brownian Motion
Advanced ICT Research Institute, National Institute of Information and Communications Technology（先进ICT研究所，信息通信研究机构）；Department of Electrical and Electronics Engineering, Mie University（电气电子工程系，三重大学）；Department of Physics and Nambu Yoichiro Institute of Theoretical and Experimental Physics (NITEP), Osaka Metropolitan University（物理学系及南部阳一郎理论与实验物理研究所（NITEP），大阪公立大学）；Center for Complex Quantum Systems, The University of Texas at Austin（复杂量子系统中心，德克萨斯大学奥斯汀分校）；Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（工业科学研究所，东京大学）
本文提出基于一维量子布朗运动的伪棘轮机制，利用量子共振效应实现无外部力驱动的单向传输，为布朗计算机提供低能耗计算方案。
2025-05-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Particle diode: Rectification of interacting Brownian ratchets
研究了在链的一端局部施加交流驱动力的情况下，布朗粒子通过Morse势相互作用的输运。通过数值模拟，我们发现系统可以表现为一个粒子二极管的过阻尼和欠阻尼的情况下。对于低频，禁止从自由端到交流作用端的传输，而允许从交流作用端到自由端的传输。然而，粒子二极管的极性将在中频时反转。存在一个相互作用势阱深的最佳值，在该值处平均速度最大。平均速度$\upsilon$随着系统尺寸$N$以幂律$\upsilon \propto N^{-1}$单调减小。
2012-08-15 cond-mat.stat-mech
Solvable model of a many-filament Brownian ratchet
我们构造了一个扩展布朗棘轮模型并精确求解。该模型包括一个任意数量的异质，生长和收缩的细丝一起移动的刚性膜的棘轮机制。该模型与细胞前沿的肌动蛋白丝网络的动力学相似。在该模型中，纤维的生长和收缩是随机的。该模型还包括从依赖于细丝和膜之间的分离的电势得到的力。这些力用于将长丝吸引到膜上或产生防止长丝分散的表面张力。我们推导了N维扩散方程的N个质子-膜分离，它允许稳态概率分布函数在一定的条件下精确计算。这些条件是由线性和二次相互作用势的物理相关的情况下，满足。扩散方程的精确解给出了膜的平均速度和临界系统参数的表达式，对于临界系统参数，系统失速并具有零净速度。在回复力的情况下，膜速度随着力常数的平方根而增长，而一旦引入表面张力，膜速度就减小。
2019-10-02 cond-mat.stat-mech
Brownian motion and gambling: from ratchets to paradoxical games
两个失败的赌博游戏，当以周期性或随机的方式交替时，可以产生一个获胜的游戏。这个悖论的灵感来自于某些能够纠正波动的物理系统：所谓的布朗棘轮。在本文中，我们回顾了这个悖论，从布朗棘轮集体游戏的最新研究，提供一些直观的解释意想不到的现象，我们会发现前进的道路上。
2014-10-02 cond-mat.stat-mech cs.GT physics.soc-ph
Cooperative rectification in confined Brownian ratchets
本文分析了布朗粒子在受限环境中的修正运动。我们表现出强烈的协同性之间的内在整流的棘轮机制和熵的偏差所造成的空间限制的波动。甚至在棘轮和几何约束分别不引起粒子运动的情况下，也可能产生净粒子输运。组合整流效应可以导致取决于颗粒尺寸的双向传输，从而导致分离的新途径。所报道的机制可用于控制介观结构和纳米器件中的传输，其中颗粒在减小的空间中移动。
2012-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Impact of rough potentials in rocked ratchet performance
我们考虑在具有倾斜过程的空间周期势场中由过阻尼布朗运动模拟的热棘轮，两者平均无偏。我们调查的影响，在潜在的配置文件中引入的粗糙度，在通量和效率的棘轮。表征粗糙度的振幅和波长都是变化的。我们表明，根据棘轮参数，粗糙度可以破坏或提高棘轮性能。
2017-05-02 cond-mat.stat-mech
Efficiency of Brownian Motors
不同类型的布朗电机的效率进行了计算分析和数值。我们发现，电机的基础上闪烁棘轮提出了一个低效率和不可避免的熵产生。另一方面，一类基于电势变化的电动机，称为可逆棘轮，表现出更高的效率，并且熵产生可以任意减小。
1998-03-25 cond-mat.stat-mech
Extended Parrondo's Game and Brownian Ratchets: Strong and Weak Parrondo Effect
受闪烁的棘轮的启发，Parrondo的游戏呈现出一种明显矛盾的情况。Parrondo的博弈由两个独立的博弈组成，博弈A和博弈B.游戏A是一个稍微输的掷硬币游戏。游戏B有两个硬币，带有整数参数$M$。如果当前累积资本（离散单位）是$M$的倍数，则使用不利硬币$p_b$，否则使用有利硬币$p_g$。巧合的是，博弈A和博弈B的组合可能会导致一个获胜的博弈，这就是Parrondo效应。我们扩展了原来的Parrondo的游戏，包括$M$是$M_1$或$M_2$的可能性。此外，我们区分强Parrondo效应，即两个失败的游戏结合起来，形成一个胜利的游戏，和弱Parrondo效应，即两个游戏结合起来，形成一个更好的表现游戏。我们发现，当$M_2$不是$M_1$的倍数时，$B(M_1)$和$B(M_2)$的组合对参数空间$(p_b,p_g)$中的某些子集具有强和弱Parrondo效应，而当$M_2$是$M_1$的倍数时，既没有强也没有弱的Parrondo效应.此外，当$M_2$不是$M_1$的倍数时，博弈A的随机混合可以抵消强Parrondo效应和弱Parrondo效应.在Parrondo的游戏的文献中的离散化计划，我们建立了我们的扩展Parrondo的游戏与离散布朗棘轮的分析之间的联系。我们发现我们的扩展模型的Parrondo效应之间的关系，在一个离散棘轮的宏观偏差。在扩展模型中，棘轮势的斜率可…
2014-05-26 cond-mat.stat-mech
Force-dependent diffusion coefficient of molecular Brownian ratchets
研究了三种相关的分子布朗棘轮模型中的平均速度和扩散常数。布朗棘轮可用于描述在孔反侧存在伴侣的情况下，DNA等生物聚合物通过细胞中纳米孔的移位。分子伴侣可以结合到聚合物上，防止它通过孔滑回。首先，我们研究了一个简单的模型，描述了易位的不对称随机游走。它作为一个介绍性的例子，但已经抓住了布朗棘轮的主要特征。然后，我们提供了一个解析表达式的扩散常数在经典模型的易位棘轮，首先提出了由佩斯金等人。该模型基于这样的假设，即伴侣的结合和解结合比DNA链的扩散快得多。为了弥补这一缺点，我们提出了一个修改后的模型，也适用于（非）约束力的利率是有限的。我们计算了这个新模型的力依赖的平均速度和扩散率，并将结果与原始模型进行了比较。我们的分析表明，对于大的拉力，这两种模型的预测可以有很大的不同，即使（联合国）结合率是大的扩散时间尺度相比，但仍然有限。此外，布朗棘轮效率的热力学不确定性关系的影响进行了讨论。
2018-08-03 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Aging in the transport on the corrugated ratchet potential
在快速过冷下，玻璃形成液体冻结在无定形状态，只能在非常长的时间尺度上平衡，这是老化的特征标志，这在广泛的系统中已经观察到。布朗棘轮是一个被广泛研究的系统，表现出许多类型的反常动力学行为。本文研究了布朗粒子在周期性棘齿势中的集体运动中发生老化的可能性，其中有淬火无序。我们发现，当一个缓慢增长的部分粒子被困了很长一段时间，集体运动往往成为超扩散。超扩散输运弱地打破了遍历性，并且覆盖整个相空间的时间变得非常长，并使人联想到老化行为。
2022-12-06 cond-mat.stat-mech
Subdiffusive Brownian ratchets rocked by a periodic force
这项工作提出了一个推广的著名的摇摆马尔可夫布朗棘轮领域的反持续非马尔可夫亚扩散粘弹性介质。在具有幂律记忆核$η(t)\propto t^{-α}$（$0<α<1$）的非马尔可夫广义朗之万方程（GLE）描述下，研究了宇称破缺棘轮势中周期性受迫子扩散.结果表明，亚扩散整流电流，定义通过平均位移和亚速度$v_α$，$<δx(t)>\sim v_α t^α/ Γ(1+α)$，出现渐近由于打破的细致平衡对称性的驱动。渐近指数为$α$，与自由子扩散的指数$<δx^2(t)>\propto t^α$相同。然而，根据势垒高度和驱动场强度，到具有一些随时间逐渐衰减的时间依赖性$α_{\rm eff}(t)$的该状态的瞬态$α\leq α_{\rm eff}(t)\leq 1$可能非常慢。与其正常扩散对应物形成鲜明对比的是，在具有频率$Ω\to 0$的绝热驱动的极限中，不存在渐进的异常整流电流，显示出对驱动频率的共振依赖性。然而，异常电流反转发生足够快的驱动，像在正常扩散的情况下。在驱动场的最低阶，这样的整流电流呈现二次响应效应。在微扰区之外，它表现出一个很宽的最大值与驱动场强的关系。此外，异常电流表现出最大值与电位振幅。
2010-03-05 cond-mat.stat-mech
Information and flux in a feedback controlled Brownian ratchet
我们研究了闪烁布朗棘轮的反馈控制版本，其中闪烁电位的应用取决于被控制粒子的状态。鉴于棘轮作为麦克斯韦的恶魔，我们研究之间存在的关系，作为一个整流器的随机运动和恶魔通过测量收集的信息量的恶魔的性能。在一个简单的测量模型的背景下，我们推导出的反馈棘轮作用于一个粒子和几个粒子时引起的通量的解析表达式，并将这些结果与其开环版本，它的操作没有信息。我们的主要发现是，在反馈的情况下，通量有一个上限成正比的平方根的信息。我们的研究结果提供了一个定量分析的信息反馈棘轮的价值，以及一个有效的描述不完美或嘈杂的反馈棘轮相关的实验应用。
2008-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Reversible Transport of Interacting Brownian Ratchets
数值研究了相互作用布朗粒子在周期性非对称（棘轮）基底中的输运。在零温度状态下，系统表现为可逆步进电机，随着以下参数的变化而经历粒子电流的多次符号反转：钉扎势参数、粒子占据数和激发振幅。反转是由衬底产生的有效棘轮势的对称性和被有效钉扎的粒子的分数的连续变化引起的。在高温和低频率下，热噪声有助于被钉扎粒子的离域，使系统沿着衬底电势的较温和方向恢复净运动。另一方面，高温和高频的联合效应引起额外的电流反转，这一次有利于沿着棘轮电势更陡的方向运动。详细分析了这些性质与棘轮参数和粒子密度的关系。
2008-12-30 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Diffusion accompanying noise induced transport in frictional ratchets
研究了在高斯白噪声涨落存在下，过阻尼布朗粒子在摩擦棘轮系统中的噪声诱导输运。导出了电流和扩散系数的解析表达式，并通过它们的比值讨论了输运的可靠性或相干性。我们发现，摩擦棘轮表现出更大的连贯性相比，闪烁和摇摆棘轮。
2004-09-11 cond-mat.stat-mech
Intrinsic Ratchets
本文提出了一种描述具有内禀不对称性粒子的布朗运动的一般形式，并对无偏含时力场中的漂移行为给出了预言。我们的发现得到了分子动力学模拟的支持。
2008-10-10 cond-mat.stat-mech
Entropic Ratchet transport of interacting active Brownian particles
相互作用的主动（自推进）布朗粒子的定向运输的数值研究在受限的几何形状（熵障碍）。自推进速度可以打破物质平衡，诱导定向输运。发现活性粒子之间的相互作用对棘轮输运有很大的影响。对于吸引粒子，随着相互作用强度的增加，平均速度先减小到最小值，然后增大，最后减小到零。对于排斥粒子，当相互作用很弱时，存在一个临界相互作用，在该临界相互作用下，粒子的平均速度最小，几乎趋于零;而对于强相互作用，粒子的平均速度与相互作用无关。
2015-05-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rocking Subdiffusive Ratchets: Origin, Optimization and Efficiency
我们研究起源，参数优化，和热力学效率的等温摇摆棘轮分数次扩散的基础上广义非马尔可夫朗之万方程的方法。相应的多维马尔可夫嵌入动力学是使用一组弹性耦合到中心布朗粒子的辅助布朗粒子来实现的（见期刊网站上的视频）。我们发现，反常的亚扩散输运出现由于非线性响应和粘弹性效应的相互作用的分数布朗运动在周期性势与破缺的空间反演对称性和驱动的时间周期场。当驱动周期与阱间跃迁的特征时间尺度相匹配时，异常输运对于亚阈值驱动变得最优。它也可以通过改变温度、周期电位的振幅和驱动强度来优化。对载荷所做的有用功与载荷强度呈抛物线关系。它随时间呈次线性增长，相应的热力学效率随时间呈代数衰减，因为驱动场提供的能量随时间呈线性变化。然而，在相当长的时间尺度上，它与正常扩散摇摆棘轮的效率相比很好。
2013-09-26 cond-mat.stat-mech
The Boltzmann factor, DNA melting, and Brownian ratchets: Topics in an introductory physics sequence for biology and premedical students
提出了三个与生物学相关的有偏随机游走的例子：（1）一个DNA解链模型，模拟为DNA解链，它提供了一种方法来说明玻尔兹曼因子在生物学和医学预科学生熟知的场所中的作用;（2）解旋酶马达蛋白在解链双链DNA中的活性，例如，在复制叉处，这是布朗棘轮的一个例子;（3）由肌动蛋白聚合产生的力，这是另一种布朗棘轮，并且确定了肌动蛋白聚合速度的力和肌动蛋白浓度依赖性。
2011-05-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Autonomous Ratcheting by Stochastic Resetting
本文提出一种一维周期势中Brownian粒子的随机重置机制，粒子随机重置至当前势阱底部，数值模拟表明在镜像不对称势中该机制能纠正粒子动力学产生最大漂移速度，可解释分子马达和微生物的定向自主运动。
2023-07-12 cond-mat.stat-mech
Diffusion Properties of a Brownian Ratchet with Coulomb Friction
研究了布朗粒子在库仑摩擦和非对称空间势作用下的运动。该系统表现出棘轮效应，即，即使在没有外力的情况下，由非平衡条件与空间不对称性的耦合引起的平均定向运动。分析了布朗粒子的平均运动和涨落。固定速度显示出作为浴的温度和粘度两者的函数的非单调行为。颗粒的扩散性能，这表明几个时间制度，也进行了研究。为了突出非线性摩擦在动力学中的作用，提出了一个比较与一个线性模型的布朗粒子驱动的恒定外力，它允许分析处理。特别是，该研究揭示了库仑摩擦的存在强烈影响不同的时间制度之间的通过时间。
2023-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Granular Brownian Ratchet Model
我们通过数值模拟表明，一个非旋转对称的身体，其方向是固定的，其质心只能沿直线导轨滑动，非弹性碰撞与周围的气体粒子的影响下，显示定向运动。我们提出了一个理论，它解释了如何缺乏时间反演引起的碰撞的非弹性可以利用产生一个稳定的平均漂移。在一个重棘轮的限制，我们推导出一个有效的朗之万方程，其参数依赖于系统的微观性质，并获得一个相当好的定量之间的理论预测和模拟流动性，扩散率和平均速度的协议。
2006-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian ratchet in a thermal bath driven by Coulomb friction
无偏波动的矫正，也被称为棘轮效应，通常是在统计非平衡条件下获得的。在这里，我们提出了一个新的棘轮机制，热浴征求随机旋转的非对称轮，这也是由于固体对固体接触库仑摩擦。数值模拟和分析计算表明，净漂移引起的摩擦。如果热浴被颗粒气体所取代，则众所周知的颗粒棘轮效应也会介入，在高碰撞率下成为主导。对于我们选择的车轮形状的颗粒效应的作用方向相反的摩擦引起的扭矩，导致在棘轮方向的反转，碰撞率的增加。我们已经实现了一个新的颗粒棘轮实验，其中观察到这些棘轮效应，以及在它们的交叉处预测的反转。我们的发现为在平衡流体中实现纯粹基于纳米摩擦的微米和亚微米布朗马达铺平了道路。
2013-01-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The physical basis for Parrondo's games
几位作者暗示，Parrondo游戏的最初灵感来自一个被称为“闪烁布朗棘轮”的物理系统。这种关系在直觉上似乎很清楚，但令人惊讶的是，它还没有被严格地建立起来。在本文中，我们应用标准的有限差分方法的数值分析的福克-普朗克方程。我们导出了一组有限差分方程，并表明它们具有相同的形式Parrondo的游戏。Parrondo的游戏实际上是一种对Fokker-Planck方程进行采样的特殊方式。物理布朗棘轮已经建成并发挥了作用。希望本文提出的有限元方法能对闪光布朗棘轮的模拟和设计有所帮助。
2002-08-24 cond-mat.stat-mech
Brownian ratchets and pumps universally simulate many-body active dynamics
Stanford University（斯坦福大学）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文证明两种简单驱动机制——时间周期哈密顿量耦合冷浴（多体布朗泵）和静态哈密顿量耦合热冷浴（多体布朗棘轮）——能普遍模拟自旋系统中的任意局部主动动力学，并通过概率元胞自动机给出严格证明。
2026-07-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Active Brownian Motion Models and Applications to Ratchets
本文综述了近年来关于主动布朗运动（ABM）模型的研究进展，ABM模型与油藏耦合，油藏提供自由能，自由能可以转化为运动的动能。首先，我们介绍了一个一般的概念，主动布朗粒子是能够采取能源的来源和转换它的一部分，以执行各种活动。在第二部分中，我们的演示文稿，我们考虑应用ABM棘轮系统具有不同形式的可微潜力。分析和数值评估讨论了三种情况下的正弦，阶梯状和Mateos棘轮电位，也与倾斜的潜在结构建模的附加载荷。此外，考虑高斯白噪声扰动的动力学的随机特性进行了研究，这是负责驱动的棘轮中的渐近通量的方向性。这种\textit{stochastically driven directionality}效应被可视化为右与左运动轨迹的统计的强非单调依赖性，导致粒子的净流。本文还简要讨论了棘轮系统在分子马达中的应用
2008-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.data-an
ac-driven Brownian motors: a Fokker-Planck treatment
我们考虑交流驱动布朗电机的一个基本模型，即，置于时空周期势中并与热浴耦合的经典粒子。用含时的Fokker-Planck方程研究了涨落和耗散的影响。该方法允许我们将原始的随机问题映射到一个普通的线性代数方程组。该系统的解提供了棘轮输运的完整信息，避免了直接随机计算的长瞬态和大的统计起伏等缺点。福克-普朗克动力棘轮方法是有益的，并打开了进一步推广的空间。
2008-10-31 cond-mat.stat-mech
Dominance of extreme statistics in a prototype many-body Brownian ratchet
许多形式的细胞运动依赖于布朗棘轮机制，涉及多个随机过程。我们提出了一个计算和理论研究的非平衡统计动力学这样一个多体棘轮，在特定形式的一个不断增长的聚合物凝胶，推动扩散障碍。我们发现，经常被忽视的相关性之间的构成细丝的影响稳态动力学和显着耗尽凝胶的密度在其前沿的分子距离。这些行为被捕获定量的自洽理论在细丝的空间分布的极端波动。
2014-11-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Directed motion of Brownian particles with internal energy depot
本文讨论了一种布朗粒子模型，它具有从环境中吸收能量，将能量储存在一个内部仓库中，并将内能转化为运动的动能的能力。第二节中概述的一般动力学研究了确定性和随机粒子在无涨落棘轮势中的运动。首先，我们通过计算机模拟讨论了棘轮系统的吸引子结构。依赖于能量的供应，我们发现无论是周期性的约束吸引子对应于本地化的振荡，或一个/两个未绑定的吸引子对应于棘轮势中的定向运动。考虑到粒子系综，我们表明，在确定性的情况下，两个电流到不同的方向可以发生，但这取决于超临界能源供应。考虑到随机影响，我们发现电流只在一个方向上。我们进一步研究了电流反转如何依赖于随机力的强度和势的不对称性。我们找到了一个临界值的噪声强度的电流的发病和一个最佳值，其中净电流达到最大值。最后，我们的模型的动力学进行比较与其他棘轮模型先前建议。
1999-12-17 cond-mat.stat-mech
A "Burnt Bridge'' Brownian Ratchet
受分子马达的偏置扩散的启发，我们研究了一维晶格上的随机行走，其中包含受行走器影响的弱连接（称为“桥”）。也就是说，当步行者穿过桥时，桥以概率p被摧毁;步行者不允许再次穿过它，这导致定向运动。对于等距桥，步行者的速度通过解析确定。p=1的特殊情况更容易处理--速度和扩散常数都是针对桥梁的不相关位置计算的，包括周期性和随机分布。
2005-04-26 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Resonant current in coupled inertial Brownian particles with delayed-feedback control
研究了步行机在摇摆反馈控制棘轮中的运动。步行者由两个耦合的“脚”组成，允许在步行者移动时交换粒子的顺序。在欠阻尼的情况下，步行机在一个倾斜的非对称棘轮与外部周期性的力被认为是确定性的动力学。研究发现，具有开关依赖性的延迟反馈棘轮效应会导致系统的绝对负迁移率（ANM）。在这样一种新奇的现象中，粒子逆着偏压运动。此外，步行机可以针对不同的电流值获得一系列谐振步。值得注意的是，有趣的是发现步行器的谐振电流是由锁相运动引起的，该锁相运动对应于运动与外部驱动的频率变化的同步。这些共振步骤可以很好地预测的时空对称性分析，这是很好的协议与动力学模拟。通过适当调整延迟反馈棘轮的参数，可以优化并进一步控制传输性能。
2017-02-08 cond-mat.stat-mech
An optical model for an analogy of Parrondo game and designing Brownian ratchets
建立了经典光子通过多个分束器阵列传输的光学模型，给出了Parrondo博弈和Parrondo-Harmer-Abbott博弈的物理类比。我们证明了这两个博弈都是合理的博弈，不存在所谓的博弈悖论，并且它们在本质上是相同的。在循环格上设计了具有长期记忆的博弈和历史纠缠博弈。最近两轮博弈之间的强相关性可以使两个失败博弈的组合赢、输或在赢和输之间振荡。布朗棘轮中的周期势类似于一长串分束器。两个相邻势阱之间的耦合等效于两个耦合分束器。这种对应关系可以帮助我们理解例外的布朗粒子的反常运动，它们的运动方向与大多数粒子相反。我们设计了一个游戏的资本波，通过引入相关性到独立的资本，而不是子游戏。在许多耦合的经典博弈中玩纠缠的量子态遵循着在多体物理学中操纵量子态的相同规则。
2010-10-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Optimal operation of feedback flashing ratchets
反馈闪烁棘轮是热整流器，其使用关于系统状态的信息来操作接通和断开周期性电位。我们讨论了不同的策略，这种操作的目的是最大限度地提高净流量的粒子在集体版本的闪烁棘轮组成的N过阻尼布朗粒子。我们展示了单粒子棘轮和具有无限数量粒子的集体棘轮的最佳协议。最后，我们评论未解决的问题的最优策略的任何其他数量的粒子。
2008-09-26 cond-mat.stat-mech
Driven Ratchets for Cold Atoms
布朗马达或棘轮是“矫正”布朗运动的装置，即它们可以产生无偏波动的粒子流。棘轮效应是一个非常普遍的现象，适用于广泛的物理系统，实际上棘轮已经实现了各种固态设备，光学陷阱设置以及合成分子和颗粒气体。本文综述了近年来在受驱动光晶格中实现冷原子交流驱动棘轮效应的实验研究。对于布朗马达来说，这是一个非常不寻常的系统，因为没有真正的热浴，原子的周期势和涨落都由激光场决定。这样一个系统使我们能够实现实验摇摆和门棘轮，并精确地调查在这些棘轮对称性和运输之间的关系，无论是周期性和准周期性驱动的情况下。
2011-12-05 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Asymmetry-controlled resonant transport in a Brownian flashing ratchet
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育研究院摩哈利分校）；Tata institute of fundamental research（塔塔基础研究所）
该研究针对带分段线性不对称周期势的一维布朗闪烁棘轮，通过数值模拟揭示其稳态电流对切换频率的非单调依赖关系，明确了共振频率的标度规律并给出物理解释。
2026-09-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian motors: noisy transport far from equilibrium
研究了远离热平衡的空间周期系统中的输运现象。主要强调的是在所谓的布朗电机（棘轮），即耗散动力学的存在下的热噪声和一些原型扰动，驱动系统的平衡，而不引入先验的一个明显的偏见到一个或另一个方向的运动的定向运输。定向电流的出现（或不出现）的对称性条件，其反转后的某些参数的变化，和定量的理论预测特定的模型进行了审查，以及各种各样的实验实现和生物学应用，特别是分子马达的建模。扩展包括量子力学和集体效应，哈密顿棘轮，空间无序的影响和扩散输运。
2001-09-04 cond-mat.stat-mech
Noise induced currents and reliability of transport in frictional ratchets
研究了在高斯白噪声涨落存在下，过阻尼布朗粒子在摩擦棘轮系统中输运的相干性。导出了该系统的粒子速度和扩散系数的解析表达式，并通过它们与无量纲P $\acute{e}$ clet数之比分析了输运的可靠性或相干性。我们表明，在运输的连贯性可以增强或退化敏感地依赖于摩擦配置文件相对于潜在的。
2005-01-06 cond-mat.stat-mech
Brownian ratchets driven by asymmetric nucleation of hydrolysis waves
我们提出了一个随机过程，其中介导的一维基板上的域的不对称成核的分子运输。轨道驱动的分子转运机制出现在生物物理应用中，如霍利迪连接定位和胶原酶持续合成能力。相反，分子马达，水解核苷酸三磷酸和经历局部分子构象的变化，我们表明，不对称成核的轨道上的水解波也可以导致定向运动的附着粒子。在每个晶格位点上的"水解“和"未水解”状态之间的不对称合作动力学产生移动的畴壁，其推动位于轨道上的粒子。我们使用一种新的波动框架，有限段平均场论，准确地计算稳态速度的驱动粒子，并发现参数制度，产生最大的域壁通量，导致最佳的粒子漂移。
2007-05-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian ratchets: How stronger thermal noise can reduce diffusion
研究了在反射对称性破缺的周期结构棘轮基底上运动的惯性布朗马达的扩散性质。电机由无偏的时间周期对称力驱动，该力使系统脱离热平衡。对于选定的参数集，该系统是在一个非混沌的制度，我们可以确定一个非单调依赖的扩散系数对温度：对于低温，它最初随着温度的增长而增加，通过其局部最大值，接下来开始减少，达到其局部最小值，最后它单调增加根据爱因斯坦线性关系。特别有趣的是扩散被抑制的热噪声的温度区间，我们解释这种效果的三态随机模型的过渡率。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-sinusoidal current and current reversals in a gating ratchet
本文研究了布朗粒子在正弦外力作用下的棘轮动力学。当另一个谐波被用来调制粒子运动的空间对称势时，观察到门控棘轮效应。对于小振幅的谐波，它示出的电流（平均速度）的颗粒表现出一个正弦形状作为一个精确的组合的两个谐波的相位的函数。通过增加谐波的幅度超过小限制制度，偏离正弦曲线的行为，也可以诱导电流反转。即使对于粒子的过阻尼动力学，这些电流反转也持续存在。
2015-03-06 cond-mat.stat-mech
Transport Coherence in Frictional Ratchets
本文研究了摩擦棘轮系统中的噪声诱导输运现象。为此，我们考虑布朗粒子运动的空间依赖的摩擦介质中存在的外部白噪声波动。为了获得定向传输，与其他棘轮模型（如闪烁或摇摆棘轮等）不同，我们不要求粒子所经历的势是不对称的，也不要求外部涨落是相关的。我们得到了电流和扩散系数的解析表达式。我们表明，摩擦棘轮没有表现出明显的连贯性，在运输中的扩散蔓延掩盖了伴随的定向运输系统有限的空间扩展。
2003-11-19 cond-mat.stat-mech
Optimal protocol for a collective flashing ratchet
我们研究了一个系统中的独立布朗粒子在一个闪烁的棘轮势，可以打开或关闭取决于粒子的位置，其目的是最大限度地提高速度的质心在长期运行。首先，解释了如何找到最优协议使用贝尔曼的最优性原则的任何数量的粒子。然后对2粒子系统进行数值求解。仿真结果表明，最佳协议的性能优于最大化的瞬时质心速度，一个协议，以提供更好的结果为2个粒子比任何开环协议。
2016-02-01 cond-mat.stat-mech
Diffusion anomalies in ac driven Brownian ratchets
我们研究棘轮系统中的扩散。作为一个特殊的实验实现，我们考虑一个不对称的SQUID受到外部交流电流和恒定的磁通量。我们分析均方位移的约瑟夫森相位，并发现在选定的参数制度，它演变成三个不同的阶段：最初作为超扩散，其次作为次扩散，最后作为正常扩散的渐近长时间限制。我们展示了如何交叉时间，分离这些阶段可以控制温度和外部磁通量。前两个阶段可以持续比系统的特征时间尺度长许多个数量级，因此可以通过实验舒适地检测到。异常行为的起源与电势的棘轮形式有关，揭示了异常扩散出现的全新机制。此外，正常的扩散系数表现出非单调的温度依赖性，导致一个有趣的现象，热噪声抑制扩散。实验验证我们的研究结果的建议设置提供了一个新的和有前途的试验场调查扩散现象的异常。
2016-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Subdiffusive rocking ratchets in viscoelastic media: transport optimization and thermodynamic efficiency in overdamped regime
本文利用非马尔可夫广义朗之万方程（GLE）方法和相应的多维马尔可夫嵌入动力学，研究了粘弹性介质中受外部零平均力周期性振荡的次扩散过阻尼布朗棘轮。粘弹性变形的介质所造成的运输粒子建模的一组辅助布朗准粒子弹性耦合到运输粒子，其特征在于由一个层次的弛豫时间服从分形标度。最慢的松弛变形，不能立即遵循移动粒子的印记长距离记忆其先前的位置，并导致亚扩散和异常运输在一个足够长的时间尺度。这种反常的行为与正常的扩散和运输相结合的初始时间尺度上的过阻尼运动。由于零平均周期驱动违反了热细致平衡，出现了空间反演对称性破缺的周期棘轮势中的异常缓慢定向输运，并利用驱动频率、振幅和温度进行了优化。这种优化的反常输运可以是低色散的，其特征在于具有大的广义Peclet数。此外，我们表明，过阻尼次扩散棘轮可以承受相当大的负载，做了有益的工作。相应的热力学效率随时间代数地衰减，因为对负载所做的有用功随着时间在传输粒子位置之后呈次线性地缩放，但是由外力泵送的能量随着时间呈线性地缩放。然而，它可以是短暂的可观的高，以及比较正常的扩散过阻尼棘轮足够长的时间和空间尺度上的效率。
2013-09-26 cond-mat.stat-mech
A Stochastic Analysis of a Brownian Ratchet Model for Actin-Based Motility and Integrate-and-Firing Neurons
在最近对{ \it单核细胞增生李斯特菌}运动性{ \em in vitro}的单粒子跟踪（SPT）测量中，对细菌运动的基于肌动蛋白的随机动力学进行了统计分析（Kuo和McGrath，2000）。去趋势轨迹的均方位移（MSD）表现出线性行为;有人建议，对布朗棘轮模型（Peskin，Odell，& Oster，1993）的相应分析导致非单调MSD。提出了一种简化的布朗棘轮模型，当其运动受到细菌运动的限制时，并对模型进行了随机分析。简单模型的分析结果，并进行了统计数据分析。随机细菌运动的MSD是一个二次函数，而趋势消除轨迹的MSD是线性的。通过MSD分析得到了推进菌在长时间内的平均速度和有效扩散常数，以及短时间内的弛豫时间。当细菌施加较大的阻力时，肌动蛋白与细菌之间间隙的MSD呈现振荡行为。肌动蛋白为基础的运动的随机模型在数学上也相当于一个模型的集成和发射神经元。因此，我们的数学结果在其他生物学问题中也有应用。为了比较，连续形式主义的BR模型具有很大的分析简单性也进行了研究。
2001-06-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Discrete--time ratchets, the Fokker--Planck equation and Parrondo's paradox
Parrondo的游戏表现出明显的悖论，即失败的策略可以结合起来赢得，并在文献中产生了重大的多学科兴趣。在这里，我们回顾了最近的两种方法，基于福克-普朗克方程，严格建立Parrondo的游戏和一个物理模型之间的连接被称为闪烁布朗棘轮。这就产生了一组新的Parrondo的游戏，其中原来的游戏是一个特殊的情况。对于第一次，我们通过离散时间马尔可夫链（DTMC）分析，产生获胜率方程和探索的参数空间的矛盾行为发生的新的游戏进行了完整的分析。
2003-08-29 cond-mat.stat-mech
Efficiency of discrete-time ratchets
最近有很多兴趣在离散形式的布朗棘轮，使用博弈论的形式主义。使用Parrondo开创的方法，我们开发了一种新的方法来获得离散时间和离散空间棘轮的情况下的平稳概率和概率电流。然后，我们使用这个结果来计算的Parrondian棘轮效率在两种情况下：首先，Parrondo的原始系统，其次，一组来自离散棘轮潜力的概率。
2004-10-07 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Moving against the odds with a cyclic active Brownian ratchet: current enhancement and reversal
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Institute for the Dynamics of Complex Systems, University of Göttingen（哥廷根大学复杂系统动力学研究所）；Laboratoire Charles Coulomb (L2C), Université de Montpellier, CNRS（蒙彼利埃大学查尔斯·库隆实验室（L2C），法国国家科学研究中心）
通过周期性调制活性粒子自推进力，在非对称势中实现电流增强与方向反转，为活性粒子选择性分选提供动态控制手段。
2026-10-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Closed-loop control strategy with improved current for a flashing ratchet
我们展示了如何打开和关闭集体布朗电动机的棘轮电位，仅取决于粒子的位置，以获得高于或至少等于任何周期性闪烁引起的电流。最大化的瞬间速度原来是一个粒子的最佳协议，但仍然击败了一个周期性的切换时，被认为是一个足够大的粒子系综。本文中提出的协议，虽然不是最佳的，产生近似相同的电流作为一个粒子的最佳协议，并作为一个无限数量的最佳周期性切换。
2007-09-19 cond-mat.stat-mech
