Approximating microswimmer dynamics by active Brownian motion: Energetics and efficiency
我们考虑的动力学的microswimmer和表明，他们可以近似为积极的布朗运动。游泳者的模型是耦合的过阻尼Langevin方程与周期驱动。我们比较了真正的游泳者的能量耗散的主动布朗运动模型，发现后者可以大大低估了完整的耗散。这种差异与无法从完整系统的部分观测中推断出完全耗散有关。我们引入了一个效率，衡量有多少耗散的能量是花在向前推进。
2019-01-11 cond-mat.stat-mech
Active particles with fractional rotational Brownian motion
研究了一个运动粒子的二维过阻尼运动，该粒子的取向动力学受分数布朗噪声的影响，而其位置受自推进和布朗涨落的影响.从Langevin的主动运动模型与恒定的游泳速度，我们推导出相应的福克-普朗克方程，从中我们发现的角概率密度的粒子取向的任意值的赫斯特指数，表征分数旋转噪声。我们提供了速度自相关函数和平移均方位移的解析表达式，这表明，有效地出现在长时间限制的赫斯特指数的所有值的主动扩散。导出了有效扩散系数和有效旋转扩散时间的表达式。我们的结果进行了比较，与分数布朗噪声驱动的旋转运动的活性粒子的数值模拟，我们发现一个很好的协议。
2020-07-18 cond-mat.stat-mech
Colossal power extraction from active cyclic Brownian information engines
布朗信息机可以利用信息从热涨落中提取功。到目前为止，关于布朗信息引擎的研究认为系统处于热浴中;然而，自然界中的许多过程都发生在非平衡环境中，例如自推进微生物的悬浮液或称为活性浴的细胞环境。在这里，我们介绍了一个原型模型的Maxwell-demon型循环布朗信息引擎运行在一个高斯相关的活性浴。主动发动机可以提取更多的工作比它的热对应，超过了信息热力学第二定律设定的界限。我们得到了一个通用的积分波动定理的主动发动机，其中包括额外的互信息从一个独特的有效温度的活性浴。这种有效的描述修改了第二定律，并为提取的工作提供了一个新的上限。与在热浴中操作的被动信息引擎不同，主动信息引擎提取在有限周期内达到峰值的巨大功率。我们的研究提供了基本的见解，在测量和反馈控制下的主动浴合成和生物亚微米电机的设计和功能。
2022-03-25 cond-mat.stat-mech
Steady State of an Active Brownian Particle in Two-Dimensional Harmonic Trap
我们找到了一个精确的级数解的稳态概率分布的谐波捕获的活性布朗粒子在二维中，在平移扩散的存在下。这个系列的解决方案，使我们能够有效地探索在不同的参数制度的系统的行为。识别“主动”和“被动”制度，我们预测一个令人惊讶的再入主动到被动的过渡，增加陷阱刚度。我们的数值模拟验证了这一发现。我们讨论了各种有趣的极限情况下，其中封闭形式的分布表达式可以得到。
2020-02-03 cond-mat.stat-mech
Escape rate of an active Brownian particle in a rough potential
我们讨论了逃逸问题，同时考虑了粒子的活动性和势的粗糙度。利用有效平衡方法和Zwanzig方法，导出了布朗粒子在两种粗糙势中逃逸率的解析表达式。我们发现，活动增强逃逸率，但振荡扰动和随机振幅阻碍逃逸。
2022-08-15 cond-mat.stat-mech
Active Brownian particles: mapping to equilibrium polymers and exact computation of moments
众所周知，布朗运动的路径概率对应于柔性高斯聚合物的平衡构型概率，而主动布朗运动的路径概率对应于不可伸展的半柔性聚合物.在这里，我们调查的平衡聚合物，对应于粒子的轨迹同时作用于布朗以及主动噪声的属性。通过这种映射，我们可以看到聚合物的机械性能随着轮廓长度的变化而发生有趣的交叉。聚合物端到端分布表现出高斯行为的短长度，它改变到半柔性长丝的形式在中间长度，最终回到高斯形式的长轮廓长度。通过对主动布朗粒子的Fokker-Planck方程进行Laplace变换，我们讨论了一种直接的方法来导出任意维中相关动力学变量的所有矩的精确表达式。这些都是通过数值模拟验证，并用于描述有趣的定性功能，如，例如，动态交叉。最后，我们讨论了我们精确计算的ABP位置的峰度，并表明它可以用来区分主动布朗粒子和主动Ornstein-Uhlenbeck过程。
2020-12-11 cond-mat.stat-mech
Moment analysis of two-dimensional active Brownian run-and-tumble particles
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理北京国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Wenzhou Institute, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学温州研究院）；Kavli Institute for Theoretical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学理论科学 Kavli 研究所）
本研究针对二维活性布朗翻滚粒子模型，采用Kac首创的运动方程直接积分法，得到含时模型拉普拉斯变换的精确矩，还借助切比雪夫多项式估计分布矩，结果与实验高度吻合，且该模型可在特定极限下退化为两种经典活性粒子模型。
2025-10-02 cond-mat.stat-mech
Nonlinear Dynamics of Active Brownian Particles
我们考虑有限系统的相互作用的布朗粒子，包括主动摩擦的非线性动力学和统计/随机理论的框架。首先，我们研究了嵌入热浴中的Toda弹簧连接的质量$1-d$系统的统计性质。包括负摩擦，我们发现$N+1$吸引子的运动，包括一个吸引子描述耗散孤子。噪声导致确定性吸引子之间的过渡。在相互作用粒子的双动力学运动的情况下，角动量的产生和左/右旋转的对和群集。
2002-10-09 cond-mat.stat-mech
Entropy Production and Thermodynamic Dynamics in Active and Passive Brownian Systems Driven by Time Dependent Forces and Temperatures
本文解析研究了时间依赖温度和力驱动的主动与被动布朗马达，推导熵产生和提取率，发现自由运动时总熵仅依赖温度和摩擦，外力强烈影响熵产生与耗散。
2025-04-14 cond-mat.stat-mech
Collective motion of active Brownian particles in one dimension
我们分析了一维空间中具有非线性摩擦和速度耦合的主动布朗粒子模型。该模型表现出两种模式的运动中观察到的生物群：一个无序的阶段与消失的平均速度和有序的阶段与有限的平均速度。从微观朗之万方程出发，导出了集体动力学的平均场方程。我们确定了对应于这两种模式的平均场方程的不动点，并分析了它们相对于模型参数的稳定性。最后，我们比较我们的分析结果与数值模拟的微观模型。
2010-08-10 cond-mat.stat-mech
Coexistence of active Brownian discs: Van der Waals theory and analytical results
在热平衡时，像温度和压力这样的强量在整个系统中必须是均匀的，限制了由不同相组成的非均匀系统。典型的例子是蒸汽和液体的共存，这种状态也可以观察到活跃的布朗粒子被稳定地从平衡状态驱动。最近，已经提出了一种策略，可以预测活性颗粒的相平衡[Phys. Rev. E \textbf{97}，020602（R）（2018）]。在这里，我们详细阐述了这一战略，并制定它的框架内的范德瓦尔斯理论的积极光盘。对于一个给定的状态方程，我们推导出的有效自由能解析，并表明它产生共存的密度与数值结果非常吻合。讨论了界面张力与Cahn-Hilliard模型的关系。
2020-10-25 cond-mat.stat-mech
Effective Entropy Production and Thermodynamic Uncertainty Relation of Active Brownian Particles
近年来，对活性布朗粒子系统的随机热力学的理解一直是一个重要的研究课题。在这篇文章中，我们研究了一个一般模型的活性布朗粒子系统通过引入一个粗粒度的福克-普朗克方程，这使我们能够确定一个有效的熵产生沿随机轨迹，其中的活动和配置相关的扩散系数起着重要的作用。虽然真实熵产生和有效熵产生之间的隐藏分量占主导地位，但有效熵产生仍然作为量化动力学不可逆性的可靠度量，捕获诸如运动诱导相分离（MIPS）的界面和缺陷等重要现象。此外，在这个框架下，我们能够获得熵的限制以及TUR与任何广义电流的系统。我们期望这里提出的新概念量能广泛地应用于活性物质。
2022-05-10 cond-mat.stat-mech
Additivity, density fluctuations, and nonequilibrium thermodynamics for active Brownian particles
利用可加性性质，我们研究了相互作用的自推进粒子系统中的粒子数波动，称为主动布朗粒子（ABP），它由具有随机自推进速度的排斥盘组成。从一个波动响应关系-一个直接的后果的加性，我们制定了一个热力学理论，捕捉到以前观察到的特征的非平衡相变在ABPs从一个均匀的流体相共存的气体和液体的非均匀相。我们证实了预测的可加性分析计算的子系统粒子数分布在均匀的流体相远离临界分析得到的分布是兼容的模拟在ABP。
2016-05-03 cond-mat.stat-mech
Smoluchowski Diffusion Equation for Active Brownian Swimmers
本文研究了二维主动布朗游泳者的自由扩散问题，其平动运动受到被动涨落，转动运动受到主动涨落。Smoluchowski方程是从一个类似Langevin的主动游泳者模型中推导出来的，并在长时间范围内对任意Péclet数进行了解析求解，这使得我们能够分析在所有时间范围内主动粒子位置分布的非平衡演化.显式表达式的均方位移和峰度的概率分布函数，和持久性的影响进行了讨论。我们通过布朗动力学模拟表明，我们的处方的均方位移给出了确切的时间依赖性在任何时候。从高斯分布的概率分布的偏离，测量的峰度，也分析和计算。我们发现，对于Péclet数$\lesssim 0.1$，到高斯的距离在短时间内以$\sim t^{-2}$的形式增加，而在渐近极限处以$\sim t^{-1}$的形式减小.
2015-01-31 cond-mat.stat-mech
Active Brownian particles driven by constant affinity
实验实现的自推进胶体Janus粒子利用自由能转化为定向运动。一种途径是电泳机制，其可以被示意性地建模为两种化学物质的相互转化。在这里，我们考虑的情况下，当两个物种之间的化学势差（驱动亲和力）可以被假定为常数，我们推导出的运动方程的一致性。与由恒定自推进速度参数化的活性布朗粒子的标准模型相反，这产生取决于悬浮液的势能的非恒定速度。这种方法允许在没有非保守力的情况下一致地对细致平衡的打破和伴随的熵产生进行建模。
2018-08-17 cond-mat.stat-mech
Fokker-Planck description of an active Brownian particle with rotational inertia
Wenzhou University（温州大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出了一种基于福克-普朗克方程的微扰方法，用于计算具有有限转动惯量的活性布朗粒子的均方位移，并通过数值模拟验证了分析结果。
2026-03-05 cond-mat.stat-mech
Bayesian inference of wall torques for active Brownian particles
本文通过比较杆状活性粒子在平面壁散射的轨迹，评估经验力矩模型质量，并提出无需取向数据的贝叶斯推断方法以构建参数后验分布。
2024-09-05 cond-mat.stat-mech
Microscopic field theory for active Brownian particles with translational and rotational inertia
Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）
本文提出了一种描述具有平动和旋转惯性的活性布朗粒子非平衡热力学的微观场论模型，并探讨了惯性活性物质中常用近似方法的适用性。
2026-02-12 cond-mat.stat-mech
Underdamped Active Brownian Heat Engine
主动布朗发动机将来自由自我推进的非平衡分子组成的储存器的能量整流为功。我们考虑一类这样的引擎的基础上欠阻尼布朗粒子被困在幂律潜在的。只有当非平衡储存器可以被分配一个与第二定律一致的合适的有效温度，从而产生发动机效率的上限时，它们转换的能量才具有热的热力学性质。如果熔池施加在颗粒上的总作用力与颗粒位置无关，则存在有效温度。一般来说，如果噪声自相关函数和摩擦核如波动耗散定理中那样成比例，则会发生这种情况。但是，即使比例性被打破，有效温度也可以在限制的、微调的参数范围内定义，正如我们在一个具有谐波势的具体例子中所证明的那样。
2020-11-24 cond-mat.stat-mech
Chirality Reversing Active Brownian Motion in Two Dimensions
本文研究二维手性反转主动布朗粒子，依据反转率与旋转扩散率划分四个时间区域，并阐明各区域的非高斯、普通或有效手性扩散行为。
2023-01-26 cond-mat.stat-mech
Liquid-Hexatic-Solid phases in active and passive Brownian particles determined by stochastic birth and death events
研究了随机生灭过程对体积排斥下主动和被动布朗粒子系统结构相的影响。系统中的粒子总数是一个波动量，由出生和死亡参数以及粒子的活动决定。由于生和死参数是不同的，我们发现液体，六角和固体相。对于被动粒子来说，这些相在空间上是均匀的。对于活性颗粒，运动诱导的相分离（共存的六方相和液相）在大活性和足够小的出生率下发生。我们还观察到一个重入过渡到六角相时，出生率增加。这是由于填充系统的粒子数量不断增加，以及出生和死亡动力学导致的大量缺陷的平衡。
2022-04-19 cond-mat.stat-mech
When are active Brownian particles and run-and-tumble particles equivalent? Consequences for motility-induced phase separation
活性布朗粒子（ABP，例如自泳胶体）以固定速度$v$沿着通过缓慢角扩散旋转的体轴${\bf u}$游动。滚动粒子（RTP，如能动细菌）以恒定的$\u$游动，直到随机滚动事件突然使方向去相关。我们发现，当运动参数依赖于密度$ρ$，但不依赖于${\bf u}$，粗粒度的波动相互作用的ABPs和RTPs的流体动力学可以映射到彼此，因此是严格等价的。在这两种情况下，即使在颗粒之间没有吸引力作用时，足够急剧减小的$v(ρ)$也会导致尺寸$d=2,3$的相分离。这指出了运动诱导的相分离在活性物质中的一般作用。然而，我们发现，ABP/RTP的等价性并不能自动扩展到更一般的情况下，$\u$依赖motilities。
2012-11-16 cond-mat.stat-mech
Control of Active Brownian Particles: An exact solution
本文研究了谐势中二维Active Brownian Particles模型的精确控制，通过调节势刚度与粒子活性的协议，实现系统从被动稳态到主动稳态的转变，为非平衡系统的控制提供了新方法。
2023-09-15 cond-mat.stat-mech
Aggregation and sedimentation of active Brownian particles at constant affinity
我们研究了由理想储层（恒化器）控制的两种化学物质的相互转化驱动的活性粒子的运动诱导相分离。因此，推进速度是不恒定的，并且取决于实际的颗粒间力，从而增强了密度增加和运动性降低之间的正反馈，这是导致观察到的不均匀密度的原因。对于硬盘，我们发现，这种影响是可以忽略的，相分离是由平均推进速度控制。然而，对于软粒子和大的推进速度，我们预测的集体行为的可观察到的影响。我们简要地评论软磁盘的重入行为。最后，我们研究了非恒定推进对非相互作用活性粒子沉降剖面的影响。
2018-11-14 cond-mat.stat-mech
Full phase diagram of active Brownian disks: from melting to motility-induced phase separation
通过对状态方程的分析和局域序参量的统计，建立了自驱动硬盘在二维空间中的完整相图。平衡熔化的情况下，保持在小的活动，与活性液体和六角秩序之间的共存，其次是一个适当的六角相和进一步过渡到一个活性固体。随着活动的增加，六角有序和立体有序的出现向更高的密度转移。高于临界活性和一定范围的填充分数，该系统进行MIPS和分层成低密度和高密度相;后者可以是无序的（液体）或有序的（六角或固体）取决于活动。
2018-09-14 cond-mat.stat-mech
Reduced description method in the kinetic theory of Brownian motion with active fluctuations
我们发展了一种微观方法的动力学理论的多粒子系统的耗散和潜在的相互作用存在的积极波动。该方法是基于推广的Bogolyubov-Peletminsky减少描述方法适用于许多活性粒子的系统。它示出的微观方法开发允许构建的二维和三维系统的活性粒子在存在非线性摩擦（耗散相互作用）和外部随机场与活性波动的动力学理论。在粒子间存在弱相互作用（势和耗散）和低强度活性涨落的情况下，得到了这些系统的动力学方程。我们证明了特定的情况下，推导出的动力学方程的解决方案，在文献中已知的结果相匹配。它示出的显示器的头-尾不对称性和自我推进，即使在线性摩擦的情况下，是一个后果的局部性质的积极波动。
2016-12-11 cond-mat.stat-mech
Orientational Distribution of an Active Brownian Particle: an analytical study
本文以Fokker Planck方程为出发点，研究了$(d+1)$维中活动布朗粒子（ABP）的取向几率分布。这个福克-普朗克方程承认一个精确解的级数形式，但是，使用不便，因为穷人的收敛性短，中间时间。这个系列的截断版本是长时间的合理近似值。在本文中，我们提出了一个解析的封闭形式的表达式，它给出了一个很好的近似的定向概率分布，这是使用鞍点方法推导出的短时间。然而，即使在中间时间，它也工作得很好。因此，我们有简单的分析形式的${\it entire}$范围内的时间尺度的取向概率分布的ABP。我们的预测可以测试对未来的实验和模拟探测的ABP的取向概率分布。
2020-04-02 cond-mat.stat-mech
Exactly solvable model of a passive Brownian heat engine and its comparison with active engines
我们使用不同的单粒子随机模型对被动和主动微型热机进行了广泛的分析。利用随机热力学，我们计算了被动和主动布朗热机的热力学功，热量，熵产生和效率的解析以及数值和比较他们。我们运行的热机的协议，平均热力学量计算精确的任意周期时间。我们还讨论了组的协议，可以做精确的非准静态计算，完全在被动发动机的情况下，部分在主动发动机。我们得到详细的非准静态（即强大的）单粒子微型热机的热力学。结果的准静态（即零功率）极限是通过长（无限）周期时间获得的。我们还研究了被动和主动发动机中受限粒子的位置分布。我们比较他们的特性的参数，测量在粒子的位置（由于主动噪声）和谐波约束的主动持久性之间的竞争。我们还计算了多余的峰度，以衡量这些分布的非高斯性。我们的分析表明，这种热机的效率可以提高或降低，这取决于模型中存在的活动。
2022-06-19 cond-mat.stat-mech
Perspective on "Active Brownian Particles Moving in a Random Lorentz Gas"
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
研究比较了活性粒子与布朗粒子在随机障碍物中的运动行为，发现活性粒子在特定条件下表现出更快的稳态达到和更低的有效扩散率。
2026-03-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Swarms with canonical active Brownian motion
提出了一个具有谐波相互作用的布朗粒子群模型，其中粒子进行正则的主动布朗运动，即每个布朗粒子都能将内能转化为运动的机械能.我们假设系统存在单一的整体内能。数值模拟表明，非晶群集行为以及静态配置。通过研究平衡点的稳定性，对系统进行了分析理解。
2010-05-20 cond-mat.stat-mech hep-th
Canonical active Brownian motion
主动布朗运动是主动布朗粒子的复杂运动。它们是活跃的，因为它们可以将它们的内能转化为运动的能量，从而创造复杂的运动模式。到目前为止，主动布朗运动理论在系统的内能和动能之间施加了耦合。我们研究如何自然地进一步采取这一想法，包括耦合的势能，这最终导致了一个一般的理论规范耗散系统。对单个粒子在简谐外势中的运动进行了显式的解析和数值研究。除了固定的解决方案，我们研究非平衡动力学和各种分歧现象的存在。
2008-12-17 cond-mat.stat-mech hep-th
Applicability of Effective Pair Potentials for Active Brownian Particles
我们已经进行了一个案例研究，调查了最近提出的方案，以获得活性布朗粒子的有效对势[Farage等人，E 91，042310（2015）]。将该方案应用于Lennard-Jones势，将主动布朗粒子的数值模拟与被动布朗粒子通过有效对势相互作用的模拟进行了比较。分析的静态对相关性，我们的研究结果表明，我们获得定量，甚至定性，协议的活动参数（速度和取向相关时间）的范围有限。此外，我们发现一个质的不同行为的维里压力，即使是小的推进速度。结合这些研究结果，我们得出结论，超越线性响应活性粒子表现出真正的非平衡特性，不能单独通过有效的对相互作用捕获。
2016-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mean first passage time of active Brownian particle in one dimension
本文用数值模拟的方法研究了一维活动布朗粒子的平均首次通过时间。一维的活动被建模为两个状态模型;粒子以恒定的推进强度移动，但其方向从一个状态切换到另一个状态，就像随机电报过程一样。我们研究了有限的重置率$r$对单个自由主动布朗粒子到达固定目标的平均首次通过时间的影响，并利用有效扩散过程映射了这一结果。与被动布朗粒子的情况一样，我们可以找到主动布朗粒子的最佳重置率$r^*$，对于该主动布朗粒子，目标被发现的平均时间最短。在存在外部势的情况下，我们发现理论和数值模拟使用有效势的方法之间的良好协议。
2017-11-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-negative Interfacial Tension in Phase-Separated Active Brownian Particles
本文提出了活性布朗粒子气液自由界面非平衡界面张力$γ_{\rm gl}$的微观理论。基本的平方梯度处理和分裂的力平衡的流量和结构的贡献是一般的，适用于非均匀的非平衡稳态。我们发现$γ_{\rm gl}\geq 0$，它反对Bialké等人的主张[Phys. Rev. Lett. $\bf{115}$，098301（2015）]，并提供了在主动布朗动力学多体模拟中广泛观察到的界面稳定性的理论依据。
2020-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Trapping of active Brownian and run-and-tumble particles: a first-passage time approach
我们采用首次通过时间方法研究了活性粒子与平坦边界碰撞所引起的捕获时间的统计特性。精确计算了活跃布朗粒子和翻滚粒子的角首次通过时间分布和平均首次通过时间，并对结果进行了比较。理论预测与Langevin模拟非常一致。我们的研究结果进一步阐明了具有不同动力学的活性粒子在本体中可能是等效的，但在边界或障碍物附近表现不同。
2022-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Schrödinger Bridges for Systems of Interacting Particles
本文将薛定谔桥从非相互作用粒子的布朗演化推广至相互作用粒子系统，推导了前向和后向单粒子“波函数”方程，用于计算初始与最终分布间单粒子概率的最可能演化。
2025-06-30 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.data-an
Escape rate of an active Brownian particle over a potential barrier
研究了空间立方势场中具有非线性摩擦函数的活动布朗粒子的动力学。对于强阻尼但有限阻尼，粒子在空间势垒上的逃逸率与噪声强度呈非单调关系。我们将这种行为与这样一个事实联系起来，即活性粒子从极限环而不是从固定点逃逸，并且一定量的噪声可以稳定粒子在这个极限环上的逗留。
2012-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian Particles Escaping a Channel in Single File
活动粒子可能恰好被限制在非常狭窄的通道中，以至于它们不能相互超越（单列条件）。这种有趣的情况揭示了由于集体重排中产生的强粒子间相关性而产生的非平凡的物理特征。我们考虑一个极小模型的主动布朗粒子的目的是研究的活动介绍的经典（被动）单文件图片的修改。根据它们的运动是由平移还是旋转扩散主导，我们发现单个文件中的主动布朗粒子可以排列成连续合并和分裂的簇（{ \it主动簇}）或仅仅再现被动运动范例。我们表明，活动传达给自推进粒子的一个战略优势，侵入狭窄的通道对外部偏见（例如，引力场）。
2014-11-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective interactions in active Brownian particles
University of Oxford（牛津大学）；Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）
本文提出通过反推方法获得活性布朗粒子系统中有效相互作用势能，并探讨其在描述系统结构及测量化学势方面的应用。
2026-01-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comment on "Flocking without Alignment Interactions in Attractive Active Brownian Particles [arXiv:2303.07746]"
本文评论了吸引性活性布朗粒子无需对齐相互作用即可群集的论点，指出其缺乏长程关联和定向运动等群集核心特征。
2023-08-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian Motion in Two Dimensions
本文研究了单个活性布朗粒子在二维空间中的动力学行为。ABP具有由旋转扩散常数$D_R$设置的固有时间尺度$D_R^{-1}$。我们表明，在短时间$t \ll D_R^{-1}$，“活性”的存在下，在一个强烈的各向异性和非扩散动力学的$(xy)$平面的结果。我们精确计算的边缘分布的$x$和$y$位置坐标以及径向分布，这都是非布朗。此外，我们表明，在早期，ABP具有异常的首次通过性能，其特征在于非布朗指数。
2020-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian particles with velocity-alignment and active fluctuations
我们考虑一个在两个空间维度中具有速度排列的主动布朗粒子模型，其中包含被动和主动涨落。因此，主动波动是指与单个主动粒子的前进方向相关的纯粹非平衡随机力。在这里研究的最简单的情况下，它们被假定为独立的随机力平行（速度噪声）和垂直（角噪声）的粒子的速度。另一方面，被动波动由与粒子的运动方向无关的噪声矢量定义，并且可以解释例如热波动。本文导出了具有速度-排列相互作用的活动布朗粒子气体的宏观描述。据此，我们从基于个人的描述随机微分方程（朗之万方程），并通过相应的概率密度函数的矩展开推导出粗粒度的动力学变量（密度，速度和温度）的运动方程。在这里，我们特别关注主动和被动波动对集体运动的发生的不同影响，并展示了主动布朗动力学中的主动波动如何改变系统的相变行为。特别是，我们表明，积极的角涨落导致集体运动的早期故障，并出现一个新的平均场的情况下，一个新的量子力学制度。
2012-05-01 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Interplay between timescales governs the residual activity of a harmonically bound active Brownian particle
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
该研究通过实验、模拟和解析计算，揭示谐势束缚活性布朗粒子的稳态分布交叉由persistence时间与平衡时间的比值决定，而非推进速度，明确了时间尺度相互作用对其剩余活性的调控机制。
2026-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic derivation of the hydrodynamics of active-Brownian-particle suspensions
我们推导出流体动力学方程的运动由欠阻尼朗之万方程，减少到主动布朗粒子模型，在过阻尼限制的活性粒子的流体。收缩到流体动力学的描述是通过局部平均的粒子动力学与非平衡多粒子概率密度，其形式化的表达是通过多时间尺度分析发现在物理相关的限制高摩擦。这种方法允许识别的条件下，自推进可以归入流体应力张量，从而系统地和明确地定义的局部压力的主动流体。
2016-12-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pair-distribution function of active Brownian spheres in two spatial dimensions: simulation results and analytic representation
本文研究了二维空间中球形活性布朗粒子与Weeks-Chandler-Andersen势相互作用的全对分布函数。完整的对分布函数依赖于描述两个粒子的相对位置和方向的三个坐标，指定粒子活动的Péclet数，以及它们的平均堆积密度。这个五维函数是从布朗动力学模拟得到的。我们讨论它的结构，考虑到它的所有自由度。此外，我们提出了一个近似的解析表达式的产品的全对分布函数和粒子间的力量。我们发现，解析表达式，这是通常需要推导的解析模型时，积极的布朗粒子的集体动力学，是在良好的协议与模拟结果。本文的研究结果对进一步研究活性布朗粒子和非平衡统计物理具有一定的参考价值。
2020-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical Mechanics of Transport Processes in Active Fluids II: Equations of Hydrodynamics for Active Brownian Particles
我们执行一个粗粒度分析的范例活性物质模型，活性布朗粒子，产生一个连续描述的质量，线性和角动量，能量的平衡定律。线性动量平衡的推导揭示了主动力直接表现为与类序参量指向矢场成比例的连续水平的体力，因此需要其自身的演化方程来完成系统的连续描述。我们推导出这个方程，表明在这个过程中，大电流可能会持续在均匀的系统中，只有在存在的粒子间对齐的相互作用。此外，我们进行了第二次粗粒化的线性动量的平衡，并推导出主动或游泳压力的机械平衡的情况下的表达式。
2019-04-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Brownian cyclic engine operating in a viscoelastic active suspension
我们研究了一个模型的斯特林发动机组成的被动布朗粒子的谐波势和相互作用的主动布朗粒子的悬浮液，自推进在粘性溶剂中，循环运行在等温条件下通过时间变化的陷阱刚度和主动粒子的自推进速度。我们推导出一个有效的随机运动运动方程的被困布朗粒子，其中包括摩擦记忆内核，以及热和主动波动力，由于其耦合与主动悬架，我们分析计算的效率的发动机在准静态极限。我们发现，平均而言，发动机能够产生机械功，其效率取决于系统的不同时间尺度之间的相互作用，其中，与具有瞬时摩擦的系统的情况相比，随后的主动悬架的粘弹性的一般效果是降低布朗发动机的准静态效率。然而，在系统的参数空间中存在这样的记忆效应在发动机的性能中可忽略的区域，因此有效地表现为与在与活性颗粒的推进速度相关的两个不同温度下工作的惰性粘性浴接触。
2022-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian particles: Entropy production and fluctuation-response
在活性布朗粒子的Rayleigh-Helmholtz模型中，活性是由于非线性速度相关力引起的。在存在外部捕获势或恒定力的情况下，系统的稳态打破了细致平衡，产生净熵。利用分子动力学模拟，我们得到了这些稳态下熵产生的概率分布。分布函数服从熵产生的详细涨落定理。利用模拟结果，我们进一步表明，稳态响应函数服从修改后的波动耗散关系。
2014-08-21 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Spectral density of individual trajectories of an active Brownian particle
我们研究分析的单轨迹谱密度（STSD）的一个积极的布朗运动所表现出的，例如，由一个化学活性Janus胶体的动力学。我们评估标准定义的谱密度，即STSD平均超过一个无限长的观测时间$T$的限制的轨迹的统计合奏，也超越了标准分析，考虑的变异系数$γ$的STSD的分布。此外，我们分析了有限的$T$行为的STSD和$γ$，确定的STSD的空间分量之间的互相关，并解决平移扩散的影响的功能形式的谱密度。我们得到的精确表达式揭示了主动布朗运动与被动运动相比的许多独特特征，这些特征允许仅根据单个轨迹的谱内容来区分这两类运动。
2021-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian motion in a single-relaxation viscoelastic fluid
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
该研究扩展了模拟单弛豫粘弹性流体的布朗动力学模型，分析并模拟了主动布朗粒子在粘弹性介质中的两类主导动力学 regime，与实验定量吻合，为相关研究提供了可控的粘弹性环境。
2026-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical pressure and work cycle of confined active Brownian particles
我们推导出一个解析表达式的机械压力的一个通用的一维模型的封闭的活性布朗粒子（ABPs），是有效的所有值的Peclet数Pe和所有限制的情况。我们的模型再现了已知的体压与Pe ^[2]的标度关系，而在强约束压力下则与Pe标度关系。我们的分析结果很好地再现了模拟的ABPs在2D。我们使用压力公式来计算发动机所做的功及其效率。特别是，效率最大化的工作周期与有限的周期，而不是在无限慢循环的限制，在热力发动机。
2021-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pair correlation of dilute Active Brownian Particles: from low activity dipolar correction to high activity algebraic depletion wings
本文采用数值模拟和解析计算相结合的方法研究了低密度下活性布朗粒子的对关联。我们观察到一个翅膀对相关性：而粒子积累在前面的一个活性粒子的预期，耗尽尾流由两个耗尽翅膀。在软粒子的限制，我们得到一个封闭的方程对相关，使我们能够表征耗尽翼。特别是，我们揭示了两个政权在高活性的翅膀采取自相似的配置文件和代数衰减。我们还进行了自推进的Janus粒子的实验，并确实观察到了耗尽翼。
2020-12-15 cond-mat.soft 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
Active Brownian motion with memory delay induced by a viscoelastic medium
主动布朗运动是描述介观自推进粒子在牛顿流体中运动的一个成熟模型。基于广义Langevin方程，提出了一个考虑粘弹性介质时滞响应的具有记忆时滞的主动布朗运动的分析框架，该框架假设了平移和定向自由度的摩擦核均随时间变化.解析结果得到的取向关联函数，平均位移和均方位移，我们特别是评估的麦克斯韦流体的特点是由一个内核，在时间上呈指数衰减。此外，我们确定了记忆诱导的有效自推进力和粒子取向，我们量化的一个特殊的动态关联函数方面的延迟。在原则上，我们的预测可以验证在各种粘弹性环境，如聚合物溶液中的活性胶体颗粒。
2022-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
