Inertia suppresses signatures of activity of active Brownian particles in a harmonic potential
一个谐波捕获的活性布朗粒子表现出两种类型的位置分布-一个有一个单峰，另一个有一个单一的井-这意味着稳态动力学低和高活性，分别。向平移运动添加惯性保留了密度的这种严格的单峰/井分类，但改变了参数空间中状态之间的划分边界。我们在一个空间维度的动态使用静态福克-普朗克方程的状态空间的完整的联合分布的特点是这种转变。我们用摄动方法解析地导出了小转速下的局部结果，然后用数值方法将其推广到全局
2023-03-03 cond-mat.soft
Brownian motion of a circle swimmer in a harmonic trap
本文研究了具有依赖于时间的自推进速度的布朗环泳者在外部时变谐振势中的动力学行为。对于几种情况，无噪声的游泳路径，噪声平均的平均轨迹，和均方位移计算分析或计算机模拟。根据我们的研究结果，我们讨论了最佳的游泳策略，以探索一个最大的空间范围内的陷阱中心。特别是，我们发现一个共振的情况下，作为系统中的各种频率的函数的最大逃逸距离。此外，布朗噪声的影响进行了分析，通过比较零温度下的无噪声轨迹与相应的噪声平均轨迹在有限的温度。后者揭示了各种复杂的自相似螺旋或玫瑰花状图案。我们的预测可以在动态外部约束下的人工和生物microswimmer的实验中进行测试。
2017-02-19 cond-mat.soft
Active Brownian particle in harmonic trap: exact computation of moments, and re-entrant transition
考虑了存在平移扩散的$d$维谐振阱中的布朗粒子。虽然福克-普朗克方程不能在一般情况下解决，以获得一个封闭的形式解决方案的联合分布的位置和方向，正如我们所示，它可以用来评估的确切时间依赖性的所有时刻，使用拉普拉斯变换的方法。我们提出了明确的计算几个这样的时刻在任意时间和它们的演化到稳态。特别是，我们计算的位移的峰度，一个数量，它清楚地显示了从平衡高斯形式的活性稳态特性的差异。我们发现，它增加与活动的渐近饱和，但随着陷阱刚度的非单调变化，从而捕捉到最近观察到的主动到被动再入行为。
2020-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Brownian motion under intermittent harmonic potentials
本文研究了强度为$μ= μ_0 ν$的间歇谐波势对具有阻尼系数$ν$的过阻尼布朗粒子的影响。这可以被认为是实现随机重置的现实模型。我们表明，这种动态承认一个固定的解决方案，在所有参数制度和计算的位置分布的全时变方差，并找到特征松弛时间。我们发现在极限下的精确的非平衡定态分布--（i）$γ\llμ_0 $，它显示出一个非平凡的分布，另外作为$μ_0\to\infty$，我们得到了具有不应期的复位的结果;（ii）$γ\ggμ_0$，其中粒子弛豫到具有原始势的一半强度的Ornstein-Uhlenbeck过程的Boltzmann分布;（iii）中间$γ=2nμ_0$，对于$n=1, 2$。找到目标的平均首次通过时间（MFPT）表现出与切换速率的优化，然而，与瞬时复位不同的是，MFPT不会发散，而是在大速率下达到稳定值。MFPT也表现出类似的行为相对于潜在的强度。我们的结果可以在胶体的实验中使用光镊验证。
2021-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-induced polar order of active Brownian particles in a harmonic trap
流体动力学相互作用的活性粒子在一个外部的谐波势形成一个自组装流体泵在足够大的佩克莱数。在这里，我们给出了一个定量的标准，形成的泵，并表明，粒子取向对齐的自诱导流场中令人惊讶的类比铁磁秩序的积极Péclet数起着反温度的作用。粒子取向遵循玻尔兹曼分布$Φ(\mathbf{p}) \sim \exp(A p_z)$，其中有序平均场$A$与有效Péclet数和极性序参量成比例。平均流场中的颗粒的游泳方向对齐对应于一个正则化stokeslet与游泳速度成正比的强度。分析平均场的结果进行了比较，从布朗动力学模拟的结果与流体动力学相互作用，并发现捕获自诱导对齐非常好。
2014-02-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
First-passage time distribution of a Brownian particle harmonically confined in a viscoelastic bath
Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）
利用广义朗之万方程推导了谐波约束布朗粒子在粘弹性浴中首通时间概率密度的一般表达式，并通过光学陷阱实验在粘弹性聚合物、胶束溶液及粘性介质中验证了理论，发现粘弹性浴中平均首通时间可超过相同零剪切粘度的粘性介质。
2026-05-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of hydrodynamically coupled Brownian harmonic oscillators in a Maxwell fluid
近年来，人们发现了粘性流体中布朗粒子的耦合运动的许多有趣的特征，这些特征是同类粒子的非耦合运动所不可能的。然而，由于介质的附加频率依赖弹性的存在，预计粘弹性流体中的那些物理学更加有趣。因此，一个理论描述的两个流体动力学耦合的布朗谐振子在粘弹性麦克斯韦流体的平衡动力学已经推导出出现新的和令人印象深刻的方面。首先计算了响应函数，然后利用涨落耗散定理计算了麦克斯韦流体中由于流体分子的热运动而引起的粒子色噪声之间的关联函数。这些关联函数似乎与粘性流体中的δ相关噪声成线性关系。因此，这减少了一个简单的粘弹性流体的统计描述的统计表示为一个扩展的动态系统进行三角洲相关的随机力。在此基础上，计算了时域和频域的自相关函数和互关联函数以及颗粒的均方位移函数，它们与粘性流体中相应的已有形式完全一致，并呈现出特殊的特征。
2018-05-16 cond-mat.soft physics.app-ph
Inertial chiral active Brownian particle: Transition from Gaussian to platykurtic distribution
University of Kerala（喀拉拉大学）；Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg（奥托·冯·格里克马格德堡大学）
研究了在谐振约束下具有惯性的手性活性布朗粒子的动力学，发现当谐振频率与手性频率相当时，位置分布从高斯分布转变为扁峰分布，同时稳态均方位移呈现非单调特性。
2026-04-07 cond-mat.soft
Active Brownian particles in external force fields: field-theoretical models, generalized barometric law, and programmable density patterns
Westfälische Wilhelms-Universität Münster（明斯特大学）
我们研究了外力对二维和三维空间中相互作用的活性布朗粒子集体动力学的影响。通过显式粗粒化，我们推导出适用于空间和时间相关的外力场的预测模型。我们研究这些模型的情况下，重力和谐波陷阱。特别是，我们推导出一个广义的气压公式的相互作用下的活性布朗粒子的重力是有效的低到高浓度和活动的粒子。此外，我们表明，可以使用一个外部谐波陷阱诱导运动诱导相分离系统，没有外部字段，保持在一个均匀的状态。这一发现使得在活性布朗粒子系统中实现可编程密度模式成为可能。我们的分析预测被发现是在非常好的协议与布朗动力学模拟。
2022-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Direction reversing active Brownian particle in a harmonic potential
我们研究了速度为$v_0$的活性布朗粒子的二维运动，在存在强度为$μ$的谐波陷阱的情况下具有间歇性的方向反转。陷阱的存在确保了粒子的位置最终达到稳定状态，在该稳定状态下，粒子被限制在半径为$v_0/μ$的圆形区域内，以陷阱的最小值为中心。由于旋转扩散常数$D_R$、反转率$γ$和陷阱强度$μ$之间的相互作用，稳态分布显示出四种不同类型的形状，我们称之为主动I和II相以及被动I和II相。在主动-I阶段，分布的重量集中在靠近圆形边界的环形区域，而在主动-II中，出现额外的中心发散峰，从而产生墨西哥帽状的分布。被动I的特点是在大的$D_R$极限中有一个类似玻尔兹曼的中心峰值分布。另一方面，虽然被动II阶段也显示出一个单一的中心峰，但它与被动I的区别在于原点附近的非玻尔兹曼发散。我们通过计算各种极限情况下分布的精确分析形式来表征这些相。特别是，我们表明，对于$D_R\llγ$，从主动II到被动II的二维位置分布的形状转变发生在$μ=γ$。我们恭维这些分析结果与数值模拟超出了限制的情况下，并获得一个定性的相图在$(D_R,γ,μ^{-1})$空间。
2022-09-13 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
Work and heat probability distribution of an optically driven Brownian particle: Theory and experiments
我们分析了方程的演化分布的工作和热交换与环境的操纵随机系统，通过一个紧凑的和一般的推导。我们得到明确的解决方案，这些方程的情况下，拖动布朗粒子的谐波潜力。我们成功地比较了由此产生的预测与实验的结果，包括在拖动一个微米大小的胶体颗粒通过水与激光陷阱。
2007-11-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Persistence of a Brownian particle in a Time Dependent Potential
我们研究了布朗粒子在调和势中的持续存在概率，调和势在很长一段时间内衰减到零-导致布朗粒子的无界运动。我们考虑两个功能形式的衰减的限制，指数和代数衰减。分析计算和数值模拟表明，对于指数弛豫情形，布朗粒子的短时和长时动力学与弛豫参数无关。相反，对于禁闭的代数衰变，长时间的动力学由衰变的指数决定。最后，利用布朗粒子位置的二次关联函数，我们构造了这种情形下布朗步行者的持续存在概率。
2012-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulations of magnetic nanoparticle Brownian motion
磁性纳米粒子在许多医学应用中是有用的，因为它们在细胞水平上与生物学相互作用，从而允许微环境调查。对磁性粒子动力学的增强理解可以导致直接在磁性粒子成像（MPI）中或通过增强的MRI对比度的成像的进步，并且对于纳米粒子感测如在布朗运动的磁光谱（MSB）中是必不可少的。此外，热疗等治疗技术需要有关粒子动力学的信息，以便在临床上有效，安全和可靠地使用。为此，我们已经开发并验证了随机动力学模型的旋转布朗纳米粒子从朗之万方程的方法。在没有场的情况下，达到平衡的弛豫时间与爱因斯坦的布朗运动模型相匹配。在静态场中，平衡磁化强度符合朗之万函数。对于高频率或低振幅的驱动场，线性化德拜近似的行为特征再现。在发生磁饱和的较高场区中，磁化强度及其谐波与有效场模型比较良好。在另一个层面上，该模型已与实验结果进行了基准测试，成功地证明了磁化的谐波携带了足够的信息来推断粘度和温度等环境参数。
2014-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Analytical approach to chiral active systems: suppressed phase separation of interacting Brownian circle swimmers
通过研究具有球形布朗环的平面相互作用系统的相行为，我们考虑了主动系统中的手征性。继续在[G.- J. Liao，S. H. L. Klapp，软物质，2018，14，7873-7882]，我们导出了一个预测性的场论，它能够描述圆形游泳者的集体动力学。该理论产生了一个映射之间的圆游泳者和noncirculating活性布朗粒子，并预测粒子的角推进导致抑制其运动诱导的相分离，与以前的模拟结果一致。此外，该理论提供了相应的运动引起的相分离的发病和相关的临界点，以及它们的依赖于角推进的圆游泳者的旋节的解析表达式。我们证实了我们的研究结果的布朗动力学模拟和分析的集体动力学使用加权图论网络。理论和仿真结果之间的协议被发现是好的。
2020-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pair-distribution function of active Brownian spheres in three spatial dimensions: simulation results and analytical representation
University of Münster（明斯特大学）；Lund University（隆德大学）
本研究利用布朗动力学模拟分析了三维空间中球形活性布朗粒子的完整配对分布函数，并提出了由活性和浓度参数化的解析表示，为定量模型提供输入并加深对致密活性流体微观结构的理解。
2023-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confinement-Induced Delay in Chiral Active Brownian Particles
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
研究手性与约束在谐振束缚活性粒子中的相互作用，揭示手性诱导的位移交叉相关振荡及谐振势生成的非平衡行为，展示约束与活动共同塑造非平衡稳态的动力学和输运特性。
2026-03-20 cond-mat.soft
