Driving dynamic colloidal assembly using eccentric self-propelled colloids
由于胶体粒子在动态响应功能材料的制备中具有广阔的应用前景，设计动态引导胶体粒子自组装的方法已成为软物质物理研究的一个重要方向。本文通过计算机模拟发现，在被动胶体和偏心自推进活性粒子的混合体系中，当活性粒子的偏心率和自推进力足够大时，偏心活性粒子可以推动被动胶体形成大的密集动态团簇，体系发生了一种新的动态分层转变。我们的模拟结果表明，动态分层发生时，偏心的主动粒子的运动速度比被动粒子，使不同的主动粒子的动态轨迹可以相互重叠，而被动粒子从主动粒子的动态轨迹耗尽。我们的研究结果表明，这类似于熵驱动的胶体-聚合物混合物中的分层，其中聚合物无规线圈可以彼此重叠，同时耗尽胶体。更有趣的是，我们发现，通过固定的被动胶体组成在一定的值，随着密度的增加，该系统经历了有趣的重入混合，和分层只发生在一定的中间密度范围。这为设计活性物质来驱动被动胶体的自组装和制备动态响应材料提供了一条新的途径。
2017-11-03 cond-mat.soft
Light Activated Self-Propelled Colloids
合成了光活化的自推进胶体，并利用光学显微镜研究了它们的主动运动。我们提出了一个通用的路线，使用不同的光敏材料，并展示了多波长的激活和推进。由于两种半导体材料（αFe2 O3和TiO2）的光电化学性质，能量高于带隙的光会引发过氧化氢的分解反应，并在颗粒周围产生化学云。它诱导与相邻胶体的泳动吸引以及基底上颗粒的渗透自推进。我们使用这些机制来形成胶体货物以及自推进粒子，其中光激活组件嵌入到介电球体中。粒子沿着由热波动随机化的方向自推进，并表现出持续的随机行走。对于足够的表面密度，颗粒自发地形成“活晶体”，其是移动的，分裂和重组。利用外加磁场控制粒子的方向，我们发现致密相的形成是粒子迎面碰撞的结果。这种效应本质上是非平衡的，并且是没有细致平衡的系统的一种新的组织原理。通过不同波长自推进的粒子工程家族展示了对系统背后的物理和化学的良好理解，并指出了设计新的自推进粒子家族的一般路线。
2014-10-27 cond-mat.soft
Sedimentation of self-propelled Janus colloids: polarization and pressure
我们研究实验-使用Janus胶体-和理论-使用活性布朗粒子-稀活性胶体的沉降。我们首先确认指数密度分布的存在。我们的实验表明，出现一个极化的稳定状态的有效平衡制度之外，即当v_s是不是比推进速度小得多。在不需要拟合参数的情况下，理论预测很好地描述了偏振态的实验分布。然后，我们讨论和比较三种不同的定义的压力沉降颗粒：颗粒的重量以上的一个给定的高度，动量和主动脉冲的流量，和压力计测量的力密度。
2018-05-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-Propelled Janus Colloids in Shear Flow
为了充分利用人工活性胶体的潜力，研究它们对包括外部流动在内的各种外部刺激的反应具有极大的兴趣。因此，在本研究中，我们对悬浮在毛细管中的水性介质中的SiO2-Pt Janus颗粒进行了不同剪切流速的实验。粒子推进使用不同的H2 O2（燃料）浓度。对于一个特定的推进速度，随着剪切流的增加，从通常的随机主动运动到优先运动跨流线，然后最后沿流迁移的活动Janus粒子的运动的过渡，观察。我们的分析表明，这些转变是由扭矩由于近壁w.r.t.自推进。剪切扭矩有趣的是，我们发现，只有当这些扭矩是可比的，粒子排列的方式，使他们迁移显着跨越流线。
2020-06-19 cond-mat.soft
Activity-assisted barrier-crossing of self-propelled colloids over parallel microgrooves
我们报告了一个系统的研究自推进粒子（SPPs）的动力学在一维周期性的潜在景观，这是制作在微槽图案化的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基板。从测量的非平衡概率密度函数的表面等离子体，我们发现，逃逸动力学的慢旋转的表面等离子体的整个潜在的景观可以描述的有效潜力，一旦自推进力被纳入潜在的固定角近似。这项工作表明，平行的微槽提供了一个通用的平台，定量的了解之间的相互作用的自推进力，空间限制的潜在景观，和热噪声，以及其对活动辅助逃逸动力学和运输的SPP的影响。
2022-12-29 cond-mat.soft
Trapping of interacting propelled colloidal particles in inhomogeneous media
提出了一种基于非均匀驱动的胶体粒子捕集机理，并通过计算机模拟进行了研究。在实验中，该方法可以使用由光源驱动的电泳Janus粒子来实现，该光源通过遮光罩照射并导致粒子在被动部分中的积累。使用由非均匀驱动器产生的有效非均匀扩散常数导出累积参数的方程。粒子相互作用的捕获机制的影响进行了研究，以及被动诱导的捕获和紧急的自聚簇的系统包含一个高密度的活性粒子之间的相互作用。这两种效果的结合使得集群对于应用程序来说更可控。
2015-03-03 cond-mat.soft physics.comp-ph
Anomalous Thermomechanical Properties of a Self-propelled Colloidal Fluid
我们使用数值模拟来计算悬浮液的球形，自推进纳米粒子的状态方程。我们详细研究了排斥体积相互作用和禁闭作为系统温度，浓度和推进强度的函数的效果。我们发现了一个显着的非单调依赖的压力与温度，并提供简单的标度参数来预测和解释这种异常行为的发生。最后，我们明确表明我们的研究结果如何对自推进粒子流体对被动的较大组件施加的有效力产生重要影响。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Passive Janus Particles Are Self-propelled in Active Nematics
本研究提出将Janus锚定胶体悬浮于活性向列相实现被动颗粒自驱动，解析了其动力学与缺陷作用规律，为从活性环境提取功能功提供新路径。
2022-01-21 cond-mat.soft
Interfacial aggregation of self-propelled Janus colloids in sessile droplets
封闭系统中的活微生物通常经历对种群边界的亲和力。这种对界面的亲和力的原因可能是它们的定向运动和流体动力学相互作用的组合，其距离大于它们自身的大小。在这里，我们将表明，自推进Janus颗粒（聚苯乙烯颗粒部分涂有铂）浸没在水滴和过氧化氢倾向于积累在附近的液体/气体界面。有趣的是，尽管存在由溶质Marangoni流引起的蒸发驱动流，但界面累积仍会发生，所述溶质Marangoni流通常倾向于在液滴的本体内重新分布颗粒。通过被动胶体（流动示踪剂）进行额外的实验，并与粒子的主动运动和流体流动的数值模拟比较，我们解开观察到的界面粒子积累背后的主导机制。这些结果使我们能够在活跃的Janus粒子和一些生物微泳者之间进行类比，了解它们如何与环境相互作用。
2022-12-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tuning the motility and directionality of self-propelled colloids
微生物能够通过收集能量来克服其周围环境的热随机性，以在粘性流体环境中航行。以类似的方式，合成的胶体微泳者能够通过简单的自推进机制模仿复杂的生物运动。虽然在实验上，活性颗粒的速度可以通过例如自生的化学和热梯度来控制，但是游动方向的原位改变仍然是一个挑战。在这项工作中，我们研究了自推进的半涂层球形胶体在临界二元混合物，并表明耦合的局部体力，诱导激光照射，和胶体的润湿性能，可以用来微调胶体的游泳速度和方向性。我们的实验和数值模拟表明，运动的方向可以可逆地切换的大小和形状的液滴（S）周围的胶体成核，这取决于粒子半径和流体的环境温度。此外，上述特征使得能够在光强度梯度中实现负趋光性和正趋光性。我们的研究结果可以扩展到其他类型的半涂层microswimmer，只要他们的两个半球是有选择性的活跃，但具有不同的物理特性。
2017-11-06 cond-mat.soft
Ionic effects in self-propelled Pt-coated Janus swimmers
部分包覆铂并分散在H2O2溶液中的胶体颗粒常被用作模型自推进胶体。目前大多数数据表明，中性的自我扩散电泳推动这些粒子。然而，一些研究表明，在这个系统和相关系统中有很强的离子效应，例如盐会降低推进速度。我们调查这些离子的影响，在铂涂层的聚苯乙烯胶体，并发现在这里，推进的方向可以通过添加离子表面活性剂逆转，虽然添加pH中性盐降低推进速度，添加强碱NaOH的影响不大。我们使用这些数据，以及测得的反应速率，反对推进中性或离子的自我扩散电泳，并建议，而不是粒子的推进机制可能实际上承担密切相似的操作游泳。
2014-02-19 cond-mat.soft
Data-driven criterion for the solid-liquid transition of two-dimensional self-propelled colloidal particles far from equilibrium
我们建立了一个明确的数据驱动的标准，用于识别二维自推进胶体颗粒在远离平衡参数制度的固-液转变，其中由不同的传统经验标准预测的熔化和冻结发散的转变点。这是通过应用混合机器学习方法来实现的，该方法将无监督学习与监督学习相结合，以分析非平衡参数制度中超过一百万个系统的配置。此外，我们建立了一个通用的数据驱动的评估功能，根据不同的经验标准的性能可以系统地评估和改进。特别是，通过应用此评价函数，我们确定了一个新的非平衡阈值的长时间扩散系数，基于此相应的经验标准的预测大大提高了远离平衡参数制度。这些数据驱动的方法提供了一个通用的工具，研究复杂系统中的相变，传统的经验面临的困难。
2021-10-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Curvature-Controlled Geometrical Lensing Behavior in Self-Propelled Colloidal Particle Systems
在许多生物系统中，细胞赖以生存的表面的曲率会影响它们的集体性质。曲率同样会影响活性胶体颗粒的行为。我们使用分子模拟的自推进活性粒子表面的高斯曲率（正和负），曲率的符号和幅度可以改变系统的集体行为。曲率作为一个几何透镜和移动的临界密度的motility-induced相分离（MIPS），以较低的值为正曲率和较高的值为负曲率，这是我们在理论上解释的球面和双曲空间中的平行线的性质。曲率也流化致密MIPS集群由于出现的缺陷模式破坏集群内部的晶体秩序。利用我们的研究结果，我们设计了三个限制表面，战略性地结合不同曲率的区域，以产生一系列新颖的动态相位，包括循环MIPS的spherocylinders，波状MIPS的spherocones，和集群波动的metaballs。
2022-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Self-Propelled Colloidal Particle Near a Planar Wall: A Brownian Dynamics Study
小型化的自推进运动器使用化学机械转换机制将环境中的燃料转换为自主运动。最近的实验和理论研究表明，这些自主引擎可以被动地遵循它们遇到的固体边界的轮廓。然而，边界制导不一定是稳定的：机械干扰会导致发动机流体动力学地离开被动制导路径。此外，给定按比例缩小的尺寸的微电机（通常为100 nm-10 $μ$ m），布朗热波动力必然是重要的，这些随机力可以随机被动操纵的轨迹。在这里，我们研究理论上的稳定性边界引导运动的微电机沿无限平面壁机械干扰和布朗力。我们的目的是了解在什么条件下，这种被动引导的运动是稳定的。我们选择了一个运动设计，其中球形胶体部分涂覆有催化帽，与溶质反应产生的产品。产品从颗粒表面被排斥，导致颗粒以惰性面在前面移动（通过自扩散电泳的自主运动）。当被推向一个平面的墙壁，确定性流体动力学研究表明，这些运动可以表现出，足够大的上限大小，稳定的轨迹中的颗粒或者沿着表面在一个恒定的距离从墙壁上，或成为静止的单方向掠过。我们首先通过展开这些状态的运动方程来研究这些状态的线性流体动力学稳定性，并发现线性扰动随时间呈指数衰减。然后，我们研究的热波动的影响，制定一个朗之万方程的粒子运动，其中包括布朗随机力…
2017-11-12 cond-mat.soft
Pair Interaction of Catalytically Active Colloids: From Assembly to Escape
报道了两种自推进胶体的动力学和运动轨迹。胶体的自主运动是由于在其表面上不对称地发生的催化化学反应，该反应在颗粒周围产生相互作用的溶质的浓度梯度并驱动颗粒推进。我们考虑两个球形粒子与对称的催化帽延伸超过当地的极角$θ^1_{cap}$和$θ^2_{cap}$从中心的活动部门，否则静止的流体。采用解析-数值相结合的方法求解Stokes流型下的耦合传质方程和流体力学方程。随后的胶体对轨迹由反应覆盖率$θ^j_{cap}$和它们相对于彼此的初始相对取向控制。我们的分析表明两种可能的情况下对催化自推进粒子的轨迹：要么粒子的方法，接触和组装或他们相互作用，远离对方（逃逸）。对于任意运动的胶体，它被发现，粒子的旋转方向是决定逃逸或组装的情况下的关键因素。基于分析，绘制了作为活性覆盖率和它们的初始相对取向的函数的催化活性颗粒的成对轨迹的相图。我们相信这项研究对阐明自泳自推进胶体的集体行为具有重要意义。
2015-10-11 cond-mat.soft
Pair-Interactions of Self-Propelled SiO2-Pt Janus Colloids: Chemically Mediated Interactions
本研究针对功能材料自下而上制备背景，实验探究化学活性SiO₂-Pt Janus胶体的成对碰撞，按接触前后取向分类，发现化学泳动相互作用主导碰撞机制与概率，为浓悬浮液组装及未来功能材料研究提供关键依据。
2023-11-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Emergence of oscillatory states of self-propelled colloids under optical confinement
Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）
研究光束作用下自驱动胶体的单粒子运动，发现其在接近固体表面时表现出准二维活性运动，并通过旋转反转形成稳定振荡态，提出包含非线性扭矩效应的最小现象模型解释其定向变化。
2025-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Trochoidal trajectories of self-propelled Janus particles in a diverging laser beam
我们描述了具有金属和电介质面的胶体Janus粒子，其在散焦光镊照射下剧烈游动而不消耗任何化学燃料。这些光学激活的胶体游泳者不是随机游动，而是在光束中来回循环，描绘出蜿蜒的玫瑰花图案。我们提出了一个模型，这种模式的光激活的运输，占所观察到的行为，通过结合自热泳和光致扭矩。在确定性的限制，这个模型产生的轨迹，类似玫瑰花曲线称为次摆线。
2016-09-06 cond-mat.soft physics.optics
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
Active Colloidal Molecules
就像普通分子是由原子组成一样，胶体分子是由几种胶体颗粒紧密结合在一起组成的。如果其中一个组件是自我推进或游泳，新的“活性胶体分子”出现。活性胶体分子存在于各种水平上，如“同质”、“异质”和“聚合”，并具有动力学功能，如螺旋桨、旋转器或转子。近年来，这类活性复合物的自组装研究已取得了很大进展，本文综述了近年来的研究进展，并对这一迅速发展的活性胶体分子领域的未来发展进行了展望。
2018-03-26 cond-mat.soft
Crystallization in a dense suspension of self-propelled particles
使用布朗动力学的计算机模拟，我们表明，一个二维悬浮液的自推进（“主动”）胶体颗粒结晶在足够高的密度。与被动粒子的平衡冻结相比，冻结密度都有显着的变化，并取决于所采用的结构或动力学标准。在非平衡状态下，这种转变伴随着明显的结构不均匀性。这导致液体和固体之间的过渡区域，其中悬浮液是全局有序的，但无序的液体状“气泡”仍然存在。
2011-12-22 cond-mat.soft
From Clarkia to Escherichia and Janus: the physics of natural and synthetic active colloids
活性胶体是从其环境中吸收自由能并利用该能量进行内在非平衡活动（如生长、复制和自我推进运动）的颗粒悬浮液。活性胶体的一个明显的例子是细菌的悬浮液，如大肠杆菌，它们的物理尺寸几乎总是在胶体范围内。合成的自推进颗粒最近也变得可用，例如双面或Janus，通过在其表面上的不同化学反应驱动自泳运动而推进的颗粒。在这些讲座中，我给一个教学介绍的物理学的单粒子和集体性质的活性胶体，重点是自我推进。我将比较和对比“游泳者”悬浮液中的现象与被动粒子悬浮液的行为，在被动粒子悬浮液中只有布朗运动（由罗伯特·布朗在野花{ \it Clarkia pulchella}花粉的颗粒中发现）是相关的。我将特别关注与使用这些活性颗粒悬浮液进行实验有关的问题，例如如何确定悬浮液的游泳速度分布，并包括一个附录，以指导物理学家开始培养能动细菌。
2013-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Activity-controlled Annealing of Colloidal Monolayers
分子马达是生命的基本要素，它们产生额外的波动，促进运输和协助组装。自我推进的胶体，消耗能量移动，拥有类似的潜力，为人工组装的微粒。然而，缺乏实验表明它们在材料科学中的作用。我们的工作是探索由活性胶体产生的内力控制的人造材料的设计。在这里，我们展示了一个大规模的加速退火的单层被动珠适度添加自推进微粒。我们合理化我们的观察与碰撞模型，驱动主动波动，以克服动力学障碍，激活退火。实验进行了定量比较布朗动力学模拟，进一步揭示了退火机制的动态过渡。活性掺杂剂在系统中均匀地移动或由于其运动的持续性而在晶界处共定位。我们的发现揭示了由内部活动控制的人造材料的潜力，并为材料科学的崛起奠定了基础。
2019-09-16 cond-mat.soft
Active colloidal propulsion over a crystalline surface
我们从实验和理论两方面研究了二维晶体表面上化学自推进Janus胶体移动的动力学。表面是一个六角形的紧密堆积的单层胶体颗粒的大小相同的移动。自推进胶体的动力学反映了由于周期性表面而导致的受阻扩散与由于主动运动而导致的增强扩散之间的竞争。哪种贡献占主导地位取决于推进强度，而推进强度可以通过改变化学燃料的浓度来系统地调整。从实验中得到的均方位移表现出增强扩散在长滞后时间。我们的实验数据是一致的朗之万模型有效的二维平移运动的一个活跃的布朗粒子在一个周期性的潜力，结合重力和晶体表面的限制效果与自由旋转扩散的胶体。近似的分析预测的均方位移描述的交叉从自由布朗运动在短时间内积极扩散在长时间。结果是在半定量协议与数值结果的一个精致的Langevin模型，对待平移和旋转自由度在同一立足点。
2017-07-18 cond-mat.soft
Hydrodynamic Swarming of Thermally Active Dimeric Colloids
自推进泳动胶体最近出现了作为一个有前途的途径设计的人工游泳者。这些游泳运动员将纯粹的泳动相互作用与复杂的流体动力学结合起来，流体动力学严重依赖于游泳运动员的形状。本文采用流体力学模拟的方法研究了憎热二聚体胶体的单粒子运动及其集体行为。电泳排斥和流体动力学的横向吸引相结合，有利于形成平面运动的集群。因此，所得到的扁平群中的流体动力学组件对这些二聚活性胶体非常特异。
2017-01-24 cond-mat.soft
Living clusters and crystals from low density suspensions of active colloids
最近旨在研究细菌菌落的人工类似物的研究表明，限制在两个维度中的自推进颗粒的低密度悬浮液可以组装成合并和分裂的有限聚集体，但具有保持恒定的典型大小（活簇）。在这封信中，我们解决了在三维空间中形成活性粒子的活性簇和晶体的问题。我们研究两个系统：通过一般吸引势相互作用的自推进颗粒和由于活性剂（例如通过分子马达）而可以朝向彼此移动的胶体。在这两种情况下，流体状的“生命”集群形成。我们解释这个一般特征的积极力量和回归热力学平衡之间的平衡。这种平衡可以用一个无量纲的数字来量化，它允许我们将观察到的聚类行为折叠到一条通用曲线上。我们还讨论了如何积极的运动影响晶体形成的动力学。
2014-02-13 cond-mat.soft
Directional Symmetry Breaking of Spherical Active Colloids by Magnetoviscous Coupling
Kyoto University（京都大学）；Stanford University（斯坦福大学）；RIKEN Center for Emergent Matter Science（理化学研究所 新兴物质科学中心）；Graduate School of Science, Kyoto University（京都大学研究生院理学研究科）；School of Science, Kyoto Sangyo University（京都产业大学理工学院）
通过铁磁流体的各向异性粘性响应，在均匀磁场下实现磁惰性球形活性胶体的转向，揭示了由推进速度和磁场强度共同决定的重新定向扭矩，并建立了通过各向异性流变学将粘性耗散转化为方向对称性破缺的水动力学基础。
2026-06-05 cond-mat.soft
Mesoscopic simulations of anisotropic chemically-powered nanomotors
化学动力的自推进胶体通过将局部能量源转化为定向运动来产生马达力，这一过程已经在实验和计算模型中进行了探索。如果我们了解这些基本成分的行为，那么使用活性胶体作为纳米技术的构建块为有趣的应用打开了大门。我们建立了一个一致的介观模拟模型的自推进胶体的复杂形状的目的是解决他们的平移和旋转运动之间的耦合。考虑一个被动的L形胶体粒子，研究其布朗动力学，并确定其流体动力学中心，即平移和旋转解耦的跟踪点。活跃的L粒子显示相同的盘旋轨迹，已被发现的实验，结果，我们比较布朗动力学模型。我们提出了流体动力学的作用，通过比较我们的结果与流体模型，其中粒子的速度是随机重置。在那里，轨迹只显示随机方向。我们得到这些原始的模拟结果，没有任何参数化的算法，这使得它成为一个有用的方法，活性胶体的初步研究，实验工作之前。
2018-11-19 cond-mat.soft
Self-organization of active colloids mediated by chemical interactions
该研究探究多化学物种反应网络与多胶体物种参与反应的体系中活性胶体的自组织，对比不同反应类型的胶体体系行为，发现引入化学反应网络参数可拓展胶体自组织设计空间，产生丰富非平衡结构。
2024-01-08 cond-mat.soft
Shape-specific fluctuations of an active colloidal interface
Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；University of Luxembourg（卢森堡大学）
研究了具有特定形状的主动胶体界面的波动特性，发现其高度波动遵循新的标度指数，而取向波动表现出负粗糙度指数，揭示了非平衡普遍类的特征。
2026-02-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spontaneous Demixing of Binary Colloidal Flocks
本研究通过自驱动胶体粒子实验与连续体理论，揭示了圆形约束下二元极性液体因速度异质性与非互易排斥作用发生自发分离与自分类，确立了多组分活性系统自组织的一般原理。
2023-11-24 cond-mat.soft
Stability of interlocked self-propelled dumbbell clusters
本研究结合实验、模拟与稳定性分析，探究互锁自推进哑铃团簇的稳定性，揭示旋转运动的调控机制与解体因素，为活性胶体分子稳定性研究提供参考。
2022-12-22 cond-mat.soft
Chemokinesis-Driven Accumulation of Active Colloids in Low-Mobility Regions of Fuel Gradients
许多运动细胞表现出迁移行为，如趋化性（沿化学梯度向上或向下运动）或趋化作用（当速度取决于浓度时），这使它们能够执行重要功能，包括免疫反应，卵子受精和捕食者逃避。这些启发了研究人员开发自推进的胶体类似物，以生物微泳者，称为活性胶体，执行类似的壮举。在这里，我们研究的行为半铂半金（Pt/Au）自推进棒在过氧化氢燃料和盐（这往往会减缓棒）的反平行梯度。布朗动力学模拟，一个福克-普朗克理论模型，和实验表明，杆积累在低速（盐丰富，过氧化物贫乏）地区，而不是因为趋化性，但因为化动。趋化作用与趋化作用的不同之处在于不需要定向感应或重定向能力。模拟，模型和实验之间的协议支持在这个系统中的作用的化学运动。这项工作提出了一种新的策略，利用化学运动的影响积累的能动胶体在所需的地区。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Active colloidal suspensions: Clustering and phase behavior
我们回顾了最近的实验，数值和分析结果的主动悬浮的自推进胶体珠移动（准）二维。活性胶体形成了活性物质这一更大主题的一部分，这一主题以远离热平衡的集体动力学现象的出现而闻名。在实验和计算机模拟中，分离成致密的聚集体，即，团簇和稀气相已经报道，即使当吸引力的相互作用和对齐机制是不存在的。在这里，我们描述了三个实验装置，讨论了不同的推进机制，并总结了相分离的证据。然后，我们比较实验观察数值研究的基础上的极小模型的胶体游泳者。最后，我们回顾了一个平均场的方法来自第一性原理，它提供了一个理论框架的密度不稳定性导致的相分离的活性胶体。
2014-07-25 cond-mat.soft
Estimation of the critical behavior in an active colloidal system with Vicsek-like interactions
我们数值研究了胶体-聚合物混合物的一个修正的、主动的Asakura-Oosawa模型的临界行为。胶体被建模为具有Vicsek样相互作用的自推进粒子。该系统经历富胶体相和富聚合物相之间的相分离，由此相图取决于Vicsek样相互作用的强度。采用子系统块密度分布分析，我们确定了临界点，并试图估计临界指数。与被动模型相比，我们发现临界点并不位于直线直径上。临界指数$β$和$ν$的第一次估计与被动模型观察到的基础3d伊辛普适性类一致。
2016-10-19 cond-mat.soft
'Fuelled' motion: phoretic motility and collective behaviour of active colloids
在过去的几十年里，设计微观和纳米级的自推进粒子并描述它们的运动已经成为一个重大的科学挑战。为此，泳动效应，即依靠局部场梯度的推进机制，一直是许多理论和实验研究的焦点。在这篇综述中，我们采用了一个教程的方法来介绍泳动的基本物理机制，并描述了不同的实验工作，导致基于这一原则的活性粒子的制造。我们还提出了在相互作用的活性胶体组件中观察到的集体效应，以及已用于描述泳动和流体动力相互作用的理论工具。
2021-04-08 cond-mat.soft
Nonmonotonic behavior in the dense assemblies of active colloids
我们实验研究的自推进布朗粒子的密度范围从稀到遍历过冷，非遍历玻璃，非遍历多晶的沉积。在一个compagnon信中，我们观察到一个非单调的响应活动的非遍历玻璃态的松弛：一个戏剧性的放缓时，粒子变得弱自推进，其次是加速在较高的活动。在这里，我们映射到标准的被动玻璃物理的遍历过冷状态，提供了一个单调移位的玻璃包装分数和环境温度的有效温度的替代。然而，我们表明，这种映射失败超越玻璃化转变。这种失效是造成非单调响应的原因。此外，我们通过研究另一类非遍历系统的动力学响应来推广我们的发现：多晶体。我们观察到同样的非单调反应的活动。为了解释这一现象，我们测量了粒子沿同一方向运动时畴的大小。该尺寸也显示出非单调响应，小的长度对应于缓慢的弛豫。这表明，非遍历的主动状态到被动的情况下的映射的失败是普遍的，并与特定于活性物质的各向异性弛豫机制。
2019-10-08 cond-mat.soft
Microscopic theory for the phase separation of self-propelled repulsive disks
最近的实验胶体悬浮液的动机，我们研究分析和数值模拟的微观模型缺乏对齐相互作用的自推进粒子。在这个模型中，即使是纯粹的排斥相互作用，导致相分离的动力学不稳定性已被报道。从多体Smoluchowski方程出发，我们发展了一种基于新的封闭格式的平均场描述，并推导出有效的流体动力学方程。我们表明，微观起源的不稳定性是一个力的不平衡，由于各向异性对分布导致自陷。相图可以用两个量来理解：最小驱动力和力不平衡。在足够高的推进速度下，会有一个重新进入无序流体的入口。
2013-07-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of self-propelled Janus particles in viscoelastic fluids
实验研究了球形Janus胶体粒子在粘弹性流体中的主动运动。自推进是通过激光照射施加的临界聚合物混合物的局部浓度梯度来实现的。即使在该制度中，流体的粘度是独立的颗粒引起的变形率，我们发现一个显着的增加高达两个数量级的旋转扩散随着颗粒速度的增加，这可以描述由一个有效的旋转扩散系数依赖于Weissenberg数的现象。我们表明，这种效应引起的粘弹性介质中的微泳者的外力取决于其方向的高度各向异性的响应。
2016-03-16 cond-mat.soft
Colloidal Brazil nut effect in microswimmer mixtures induced by motility contrast
我们数值和实验研究的分离动力学在一个静态的周期性的三角形状的光强度场的二维基板上移动的微泳者的二元混合物。活性颗粒的运动性与施加的光强度成比例，并且它们具有运动性对比度，即，前因子取决于物种。此外，活性颗粒还经历使它们的运动朝向负强度梯度的方向对准的扭矩。我们发现一个隔离的活性粒子附近的强度最小值，其中通常一个物种是本地化接近最小值，另一个是集中在外壳。对于一个非常强的对齐扭矩，有一个精确的映射到一个平衡系统中的一个有效的外部潜力是最小的强度最小值。这种外部势类似于（依赖于高度的）重力，因此人们可以定义自推进粒子的有效“重量”。类比于重力作用下摇动的颗粒物质，如果较重的颗粒漂浮在较轻的颗粒之上，我们定义了一种“胶体巴西坚果效应”。使用广泛的布朗动力学模拟，我们确定系统参数的活性胶体巴西坚果效应发生和解释它的基础上广义阿基米德原理内的有效平衡模型：重粒子悬浮在一个稠密的流体中的轻粒子，如果他们的有效质量密度低于周围的流体。我们还进行了光激活的自推进胶体混合物，证实了理论预测的真实空间实验。
2019-01-29 cond-mat.soft
Clustering and pattern formation in chemorepulsive active colloids
我们证明，远离自产化学品（化学排斥）的迁移产生了一个通用的路径，集群和斑图形成之间的自推进胶体。团簇的不稳定性可能是由各向异性的化学生产，或由延迟的取向反应的化学环境的变化。在每种情况下，化学排斥都会产生一个自我限制区域的集群，该区域随着自我推进速度线性增长。这与最近在Janus胶体中观察到的动态簇一致（尽管还不知道是化学排斥性的）。更一般地说，我们的研究结果可以告知化学排斥合成游泳者和/或细菌的自组装成非平衡模式的设计原则。
2015-12-21 cond-mat.soft nlin.PS
An active approach to colloidal self-assembly
在这篇综述中，我们讨论了自推进胶体颗粒的自组装的最新进展，并强调了一些最令人兴奋的结果，在这一领域的干活性物质的具体重点。我们通过胶体构建块的复杂性的镜头来探索这种现象。我们首先考虑各向同性球形粒子的行为。然后，我们讨论的情况下，两亲性和偶极Janus粒子。最后，我们展示了如何的胶体的几何形状和/或它们的相互作用的方向性可以用来控制组装的活性聚集体的物理性质，并建议可能的策略，如何利用活动作为一个可调的驱动力自组装。活性胶体的独特性质为下一代功能性环境传感微结构的设计提供了希望，这些微结构能够以自主和有针对性的方式执行特定任务。
2021-02-23 cond-mat.soft
Active colloids at fluid interfaces
如果活性Janus颗粒被捕获在液体和流体之间的界面处，则由于两个相邻流体相之间的粘度对比，其沿着界面的自推进运动受到颗粒上的净扭矩的影响。对于一个简单的模型，一个活跃的，球形的Janus胶体，我们分析的条件下，沿界面发生翻译，我们提供相应的持久性长度的估计。我们表明，在某些条件下，这样的粒子的持久性长度是显着大于相应的散装液体，这是在最近的实验研究中观察到的趋势。
2016-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reentrant Phase Behavior in Active Colloids with Attraction
最近的实验的动机，我们研究了一个系统的自我推进的胶体经历短程吸引力的相互作用，并被限制在一个表面。使用模拟，我们发现这样的系统的相行为是可重入的活动的函数：相分离的状态存在于低和高活动的制度，与均匀的活性流体之间。为了了解再入的物理起源，我们开发了一个动力学模型系统的稳态动力学，其解决方案捕获的相行为的主要特征。我们还描述了不同的动力学相分离，从熟悉的成核和集群的复杂的活性颗粒凝胶的生长。
2013-07-29 cond-mat.soft
Sedimentation of active colloidal suspensions
本文对重力场作用下活性胶体悬浮液的非平衡稳态进行了实验研究。活性粒子由化学动力胶体制成，在添加燃料（这里是过氧化氢）的情况下显示出自我推进。在专用的微流体装置中研究了活性悬浮液，该装置由可渗透的凝胶微结构制成。单个胶体的微观动力学和重力下的悬浮液的全球静止状态-密度分布，数量波动-用光学显微镜测量。这允许连接的沉降长度的个人自推进的动态，这表明在本稀释制度的活性胶体的行为作为“热”粒子。我们的工作是人工活性系统的非平衡性质的实验探索的第一步。
2010-04-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Acoustically propelled nano- and microcones: fast forward and backward motion
我们专注于锥形纳米和微粒，最近发现当它们暴露于行波超声波时表现出特别强的推进力，并基于直接声流体计算机模拟研究它们的推进力如何取决于锥体的纵横比。模拟结果表明，推进速度，甚至其符号是非常敏感的纵横比，其中短粒子向前移动，而细长粒子向后移动。此外，我们确定了一个圆锥形状，允许一个特别大的推进速度。我们的研究结果有助于理解超声推进的胶体颗粒的推进，建议一种方法来分离和排序的纳米和微米锥的纵横比，并为未来的实验和应用提供有用的指导。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Structure and Dynamics of a Phase-Separating Active Colloidal Fluid
我们研究了一个极小模型的主动胶体流体的形式，自我推进的布朗硬球，相互作用纯粹通过排除体积。尽管没有对齐的相互作用，该系统显示了一个活跃的流体的签名行为，包括异常的数量波动和相分离行为。使用模拟和分析建模，我们量化的相图和分离动力学。致密相是一种独特的材料，我们称之为活性六角晶系，它在晶体-六角晶系转变点附近表现出结晶固体的结构特征，但流变学和传输特性与粘弹性流体相关。
2013-07-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Minimal model of active colloids highlights the role of mechanical interactions in controlling the emergent behavior of active matter
最近，由具有纯排斥相互作用的自推进球形颗粒组成的活性布朗胶体的极小模型被确定为活性物质理论的极好的定量测试基础，并且已经成为广泛的数值和分析研究的主题。这些系统不表现出对齐或植绒状态，但确实具有丰富的相图，形成具有新颖机械性能的活性气体，液体和固体。本文综述了近年来对这类模型的研究进展，包括对活性气体及其游动压力的描述、运动诱导的相分离以及高密度晶体和玻璃态行为的描述。
2016-02-11 cond-mat.soft
Collective dynamics of dipolar and multipolar colloids: from passive to active systems
本文综述了近年来胶体在偶极或多极相互作用下的集体动力学行为。事实上，虽然平衡结构和静态的自组装这样的系统，现在相当好地理解，在过去的几年里已经看到了爆炸的兴趣，在理解动力学方面，从强相关的偶极网络的弛豫动力学系统驱动的时间依赖性，电场或磁场，斑图形成和动态控制的主动，自推进系统。解开潜在的机制对于更深入地理解平衡状态下和平衡状态下的自组装以及将这些粒子用作功能器件至关重要。与此同时，偶极胶体的复杂动力学提出了具有挑战性的物理问题，并提出了它们作为凝聚态物理中非线性行为的模型系统的作用。在这里，我们试图给这些发展的概述，强调理论和模拟研究。
2016-01-30 cond-mat.soft
Unravelling the role of phoretic and hydrodynamic interactions in active colloidal suspensions
主动流体包括由浸入流体环境中的元件组成的各种系统，其可以将某种形式的能量转换为定向运动;因此，它们在没有任何外部作用力的情况下本质上是不平衡的。活性物质物理学中的一个基本问题是如何理解自主推进和主体-主体相互作用的特征决定了系统的集体动力学。我们研究数值悬浮液的自推进diffusiophoretic胶体，在（准）-2D配置，占两个动态解决溶质介导的泳相互作用和溶剂介导的流体动力学相互作用。我们的研究结果表明，该系统显示不同的方案在改变胶体-溶质的亲和力，它开发了一个集群相的化学吸引力的情况下。我们研究了不同幅度的胶体活性的集群大小和集群形态的统计。最后，我们提供的证据表明，流体力学起着相关的作用，聚集动力学和集群形态，显着阻碍集群的增长。
2019-06-25 cond-mat.soft
Entropy Scaling Laws in Self Propelled Glass Formers
从平衡结构预测输运是液态物理中一个具有挑战性的问题。在这里，我们探测的玻璃形成液体组成的自推进的“活性”粒子，并表明，增加自推进的持续时间$τ_p$使对过剩熵$S_2$更负，从而减少了每个粒子的可访问配置的数量。在适当的有效温度$T$的值，自扩散率是Arrhenius，并在一个简化的形式服从Dzugutov一样的标度律$D^* \sim e^{αS_2}$，直接产生我们的标度公式$S_2 \sim -1/T$。在强过冷状态下，Dzugutov定律不适用，熵遵循幂律$S_2 \sim -1/T^β$一直到玻璃化转变$T_g$。为了证明一般性，我们设置的粒子相互作用是纯粹的排斥（PR）在一种情况下，在其他的Lennard-Jones（LJ），并发现，在这两种情况下，报告的标度律是强大的超过三十年的变化$τ_p$。我们的研究结果可能适用于运输的主动胶体悬浮液，被动示踪剂在细菌浴，和自推进的颗粒状介质，仅举几例。
2019-12-03 cond-mat.soft
Photoactivated Colloidal Dockers for Cargo Transportation
介绍了一种自推进的胶体赤铁矿停靠船，它可以被引导到一个小颗粒货物的许多倍，它的大小，码头，运输货物到一个遥远的位置，然后释放它。自推进和停靠是可逆的，由可见光激活。停靠器可以通过弱的均匀磁场或通过纹理衬底中的纳米级轨道来操纵。光激活的运动和对接起源于渗透/泳动粒子运输的燃料，过氧化氢的浓度梯度，诱导的赤铁矿的光催化活性。对接机构是通用的，可以应用于各种材料和形状。赤铁矿码头是简单的单组分颗粒，并大量合成。该系统为设计复杂的微米级工厂以及新的仿生系统开辟了新的可能性。
2013-10-21 cond-mat.soft
Guiding self-assembly of active colloids by temporal modulation of activity
自组织现象在合奏的自推进粒子开辟途径，合成新的动态状态无法通过传统的平衡过程。我们面临的挑战是制定一套原则，以促进控制和操纵紧急活跃状态。在这里，我们报告，介电滚动胶体通电的脉动电场自组织成交替的正方形晶格与晶格常数控制的参数的字段。我们结合实验和模拟来研究涌现的集体模式的时空特性，并研究自组织的潜在动力学。我们揭示了动态晶格对压缩/膨胀应力的抵抗力，导致晶格常数的滞后行为。在活性系综中，通过对活性的时间调制来进行图案合成和控制的一般机制可以应用于其他活性胶体系统。
2022-05-24 cond-mat.soft
