Phase separation in a chiral active fluid of inertial self-spinning disks
Dipartimento di Fisica, Università degli studi di Bari（巴里大学物理系）；INFN, Sezione di Bari（意大利国家核物理研究所巴里分部）；Universitat de Barcelona Institute of Complex Systems (UBICS)（巴塞罗那大学复杂系统研究所）；Departament de Física de la Matèria Condensada, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学凝聚态物理系）；Universidad de Extremadura（埃斯特雷马杜拉大学）
通过压力反馈机制，手性活性流体中自旋圆盘的旋转可自发诱导相分离，形成低密度相与稠密手性液体共存。
2025-04-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Equilibrium States Corresponding to Targeted Hyperuniform Nonequilibrium Pair Statistics
Zhang-Torquato猜想[Phys. Rev. E 101，032124（2020）]指出，任何可实现的对关联函数$g_2({\bf r})$或结构因子$S({\bf k})$的非平衡不变系统可以通过一个平衡系综只涉及（高达）有效的两体相互作用。为了验证这一猜想，我们考虑两个奇异的非平衡模型最近的兴趣，也有异国情调的超均匀性：一个2D的“完美玻璃”和3D临界吸收状态模型。我们发现，每个非平衡目标可以实现准确的平衡态与有效的一体势和二体势，贷款进一步支持的猜想。为了表征这种非平衡-平衡对应的结构退化，我们计算了这两种模型的高阶统计量，以及超均匀3D均匀随机格（URL）的高阶统计量，可以非常精确地确定。有趣的是，我们发现，非平衡和平衡系统之间的高阶统计与匹配对统计的差异，测量的“孔”的概率分布，提供了一个系统是不平衡的程度的措施。我们发现，所有三个系统的研究具有\textit{bounded-hole}属性，并在URL中的最大孔尺寸附近的孔是罕见得多，比那些在基本的简单立方晶格。值得注意的是，淬火后，所有三个系统的有效电位具有局部能量最小值，与它们的目标对应物相比，具有更强的超均匀性形式。我们的工作有望促进可调超均匀软物质系统的自组装。
2022-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Singular density correlations in chiral active fluids in three dimensions
Nagoya University（名古屋大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；The University of Osaka（大阪大学）
本文通过螺旋自推进粒子模型研究三维手性活性流体的密度涨落，发现螺旋性导致静态结构因子在低波数下出现奇异性和各向异性，并在无限持久时间极限下呈现垂直方向的超均匀性与平行方向的巨大多样性密度涨落，构建的涨落流体动力学理论定性吻合数值结果。
2025-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Enhancing (quasi-)long-range order in a two-dimensional driven crystal
本文提出一种利用非平衡驱动抑制密度涨落、增强二维晶体（准）长程有序的理论与数值方法，并给出实验展望。
2024-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-Equilibrium Strongly Hyperuniform Fluids of Circle Active Particles with Large Local Density Fluctuations
无序超均匀结构是一种奇异的物质状态，它具有类似于完美晶体的消失的长波长密度波动，但没有长程序。尽管在过去的几十年里，无序强超均匀微结构在材料科学中的重要性已经被提上了日程，但在实验上可实现的无序强超均匀微结构的合理设计仍然具有挑战性。在这里，我们发现了一种新型的非平衡流体的强超均匀性的手性活性粒子的二维系统中，粒子进行独立的圆周运动的半径R相同的手。这种新的超均匀流体具有特殊的长度尺度，即，颗粒的圆形轨迹的直径，在其以下观察到大的密度波动。通过发展动态平均场论，我们发现大的局部密度起伏可以解释为运动诱导的微相分离，而大尺度下的Fickian扩散和局部质心守恒噪声是导致全局超均匀性的原因.
2019-01-26 cond-mat.soft
Long-range order in two-dimensional systems with fluctuating active stresses
研究成对随机主动应力如何抑制二维弹性系统位移涨落，解析证明其可违背 Mermin-Wagner 定理实现长程有序与超均匀性，并通过顶点模型和主动圆盘模型验证了该机制。
2025-07-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hyperuniform Mixing of Binary Active Spinners
本研究证明二元棒状活性自旋体不会相分离，而是实现全局超均匀混合，其机制为动态异配位与有效吸引的竞争，并可通过驱动力矩调控边界流而不影响体相性质。
2025-04-24 cond-mat.soft
Impact of chirality on active Brownian particle: Exact moments in two and three dimensions
该研究针对二维和三维含平移扩散的手性活性布朗粒子，提出拉普拉斯变换法精确求解动力学矩演化，得到多阶矩解析表达式，揭示手性与持续性的影响及中间时段的非高斯特性。
2024-04-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergent Stereoselective Interactions and Self-recognition in Polar Chiral Active Ellipsoids
在许多活性物质系统中，粒子轨迹具有明确定义的手性。这种手性活性是否可以在颗粒之间引入立体选择性相互作用尚不清楚。在这里，我们开发了一种策略来调整3D打印颗粒椭球体的手性活性的性质，而不改变它们的形状或大小。在垂直搅拌单层这些颗粒，我们观察到两种类型的二聚体形式取决于配对单体的手性。异手性二聚体作为一个单一的非手性活性单元集体移动，而同手性的形成一个旋转固定。在活性外消旋混合物中，前者比后者更丰富，表明立体选择性。通过二聚体的寿命测量，我们提供了令人信服的证据，手性自识别的混合物中的颗粒具有不同的手性活动。我们最后表明，改变只有净手性的致密活性液体从外消旋混合物的对映体纯液体从根本上改变其性质的集体松弛。
2020-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergent vortices and phase separation in systems of chiral active particles with dipolar interactions
利用布朗动力学（BD）模拟研究了具有偶极相互作用的手性活性粒子单层的自组织行为。每个粒子都由平移和旋转自推进驱动，并在其中心携带永久的点偶极矩。每个粒子的平移推进方向被选择为平行于其偶极矩。模拟进行高偶极耦合强度和密度低于相关的简单的活性布朗粒子的运动诱导相分离。尽管有这样的限制，我们观察到丰富的现象，包括两种类型的涡的形成，相分离，和植绒过渡。为了理解多粒子系统中涡旋的出现和消失，我们进一步研究了简单环形结构在自推进作用下的动力学。
2021-06-08 cond-mat.soft
Experimental Modeling of Chiral Active Robots and a Minimal Model of Non-Gaussian Displacements
本研究设计3D打印活性粒子，验证过阻尼手性ABP模型，并提出最小模型解释速度与位移分布的双峰转变，揭示活性运动与扩散竞争机制，增强对非高斯现象的理解。
2025-02-27 cond-mat.soft
Diffusion of Chiral Janus Particles in Convection Rolls
通过大量的数值模拟研究了人工活性粒子在二维周期性静止对流单元中的扩散。在大Péclet数的极限下，即，对于低于某个脱钉阈值的自推进速度和弱的旋转-平移波动，粒子经历渐近正态扩散，扩散常数与其在零流量时的扩散常数的平方根成比例。在推进机制中的手征效应，在这里建模的可调施加扭矩，有利于相邻的对流辊之间的粒子的跳跃。滚动跳跃是由一个过量的扩散峰，这似乎是分开两个不同的活性扩散制度低和高的手征信号。我们的模拟结果的定性解释，提出了对这种现象进行全面分析研究的第一步。
2020-02-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Gyromorphs: a new class of functional disordered materials
New York University（纽约大学）
本文提出 Gyromorphs 这类兼具液体状平移无序与准长程旋转有序的新型功能材料，通过谱优化生成，在二维和三维中实现优于准晶体等结构的各向同性带隙，并进一步提出多尺度旋转对称的 polygyromorphs 以实现多带隙精细调控。
2025-11-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Narrow Escape Problem of a Chiral Active Particle (CAP): An Optimal Scheme
本文通过模拟研究手性活性粒子在圆形域窄出口的逃逸动力学，识别出噪声主导、最优和手性活性主导三种状态，并提出无量纲化方法以优化不同微生物的逃逸性能。
2023-12-01 cond-mat.soft
Depinning and activated motion of chiral self-propelled robots
本研究通过实验、模拟与解析方法，揭示了恒速拉动手性自驱动机器人时的旋转脱钉转变与蠕变现象，建立无拟合参数的自对齐粒子模型，为手性活性物质研究提供了理想的模型系统。
2025-06-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Passive objects in a chiral active bath: from micro to macro
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Stanford University（斯坦福大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Kyoto University（京都大学）
本文推导了手性活性浴中大质量刚体的Langevin动力学，揭示了噪声反对称性导致随机与概率演化方程间的异常关系，发现奇扩散、奇迁移率和旋转棘轮效应，并构建多极展开预测远场电流与密度调制。
2025-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometry-Induced Transport of Self-Aligning Chiral Bristlebots
Institute of Physics, University of Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学物理研究所）
研究通过定制外壳和弹性耦合诱导自对齐扭矩和稳定手性漂移，揭示边缘电流稳定性由粒子手性和边缘电流手性相互作用决定，并展示如何利用海螺形障碍物实现几何 rectification，探索刚性链接组装体的集体动力学。
2026-06-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Odd dynamics of passive objects in a chiral active bath
Laboratoire Matière et Systèmes Complexes (MSC), Université Paris Cité & CNRS (UMR 7057)（复杂物质与系统实验室，巴黎西岱大学 & 法国国家科学研究中心）；Department of Applied Physics, Stanford University（斯坦福大学应用物理系）；Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系）；Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）
本文研究了手性活性浴中被动刚体的奇动力学，提出了最一般的Langevin动力学，发现对称性降低导致动力学不可逆性增强，并通过远场电流和密度调制解析和数值验证了这一非平衡特性。
2025-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Continuous symmetry breaking of low-dimensional systems driven by inhomogeneous oscillatory driving forces
本文从理论上研究空间非均匀振荡驱动力对连续对称性破缺的影响，通过线性模型和球模型分析发现，在一维和二维中也能发生对称性破缺，且守恒量涨落表现出超均匀性。
2024-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Free chiral self-propelled robots compared to active Brownian circle swimmers
Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学理论物理研究所）；The Raymond and Beverley School of Chemistry, Tel Aviv University（特拉维夫大学雷蒙德和贝弗利化学学院）
研究通过视频追踪分析自由手性六边形机器人运动，对比理论预测，发现其位移和散射函数与ABC模型一致，但短时间行为存在偏差，表明过阻尼兰格汉斯方程模型在低翻译噪声下有效。
2026-04-07 cond-mat.soft
Dynamics of Ordered Active Columns: Flows, Twists, and Waves
本研究利用活性模型H$^*$构建活性柱相流体动力学，预测了手性极性相的二维奇弹性、屈曲不稳定性及非极性手性活性对螺旋柱起伏的选择，丰富了活性软物质动力学理论。
2023-06-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Chirality and odd mechanics in active columnar phases
本文证明三维中具有二维奇数弹性的最高对称性介观相是手性、极性柱状相，推导了其流体动力学方程，并预测了零波数处频率不消失的柱振荡及由手性力矩偶极活性应力选择的螺旋屈曲不稳定性。
2024-04-30 cond-mat.soft
Chirality transitions in a system of active flat spinners
在这项工作中，我们研究了二维动态的实验系统的盘形转子，湍流上升流流化。与以前的知识相反，我们的实验表明，相同的粒子手征几何可以产生不同的手征流。特别是，我们揭示了一个显着的复杂的手征流，它显示多个持久的旋涡与任何一个符号，随机位于系统中。这种特殊的相位介导了一个连续的转变，这发生在动能输入增加时，从具有正手征性的流动（一个漩涡在与粒子自旋相同的方向上旋转）到具有负手征性的流动（一个漩涡在与粒子自旋相反的方向上）。我们发现，这些令人惊讶的转变是由粒子的自旋和平移速度之间的统计相关的特定状态。我们讨论了这些相关性是如何依次由一系列机制（例如，边界处的热耗散、粒子活动、平均动能.）的联合作用确定的，其中几个在这里公开。
2022-09-21 cond-mat.soft
Self-Aligning Active Agents with Inertia and Active Torque
研究具有自对齐的主动智能体在惯性作用下的动力学，发现正负自对齐力矩对运动稳定性影响不同，主动力矩与惯性相互作用可产生新解，且碰撞墙壁时需同时考虑平动和转动惯量才能描述振荡动力学。
2024-01-31 cond-mat.soft
Diffusion of chiral active particles in a Poiseuille flow
研究了具有Poiffille流的二维微通道中手性活性布朗粒子的扩散行为。通过数值模拟，我们发现粒子的输运系数，例如平均速度$v$和有效扩散系数$D_{eff}$，强烈地依赖于流动强度$u_0$、平移扩散常数$D_0$、旋转扩散速率$D_θ$和活性粒子的手性$Ω$ .它表明，颗粒可以表现出上游漂移，导致负$v$，为最佳参数值的$u_0$，$D_θ$，和$Ω$。有趣的是，可以通过调整这些参数来控制$v$的方向。我们观察到，对于某些最佳值的$u_0$和$Ω$，手性粒子聚集在通道壁附近，相应的$D_{eff}$增强。然而，对于非手性粒子（$Ω= 0$），$D_{eff}$被抑制的存在下的Poiffille流。预计这些发现对于开发用于分离活性颗粒的微流体和芯片实验室设备具有很大的潜力。
2022-02-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
From rods to helices: evidence of a screw-like nematic phase
一个特殊的手性双相的证据提供了使用数值模拟和昂萨格理论的硬螺旋粒子系统。当螺旋排列良好时，该相出现在螺旋相的高密度端，并且其特征在于螺旋的C $_2$对称轴围绕螺旋指向矢螺旋，周期性等于颗粒间距。平移和旋转自由度之间的这种耦合允许更有效的包装，因此增加了平移熵。通过引入合适的序参量和关联函数来识别螺旋相，研究了螺旋相的主要特征随螺旋粒子半径和螺距的变化规律。我们的研究强调了在胶体螺旋鞭毛中观察到的类似有序的物理机制[E. Barry等，\textit{Phys. Rev. Lett.} \textbf{96}，018305（2006）]，并提出了是否可以在足够高密度的其他螺旋颗粒系统（如DNA）中观察到的问题。
2014-03-04 cond-mat.soft
Ideal noncrystals: A possible new class of ordered matter without apparent broken symmetry
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Anhui University（安徽大学）；Fudan University（复旦大学）；University of Tokyo（东京大学）
发现二维理想非晶体，其无序但具有高秩序性，表现出晶体特性，且热力学有利，为有序物质新类别提供可能。
2024-08-17 cond-mat.soft
Linear odd electrophoresis of a sphere in a charged chiral active fluid
University of Warsaw（华沙大学）；Polish Academy of Sciences（波兰科学院）
研究带奇黏度的电活性流体中带电球的电泳行为，推导出任意形状粒子在弱电场下的电泳迁移率表达式，并发现奇黏度导致电泳迁移率张量的各向异性。
2026-07-14 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Hybridization of colloidal handlebodies with singular defects and topological solitons in chiral liquid crystals
本研究在手性向列相液晶中实现拓扑孤子、奇异缺陷与非平凡拓扑胶体颗粒的杂化，发现可电场调控的多种拓扑构型及非互易动力学，为拓扑超复杂胶体体系的调控提供了新平台。
2025-03-23 cond-mat.soft
Deformable active nematic particles and emerging edge currents in circular confinements
我们考虑一个相互作用的活性粒子的微观场论方法。只有空间相互作用，这种系统中的自推进强度可以导致不同的集体行为，例如，同步的自我旋转和集体翻译。不同的行为是由于内部颗粒结构、颗粒形状变形和颗粒-颗粒相互作用之间的微妙相互作用。对于中间活性强度，出现不对称形状，并导致手性和自旋转晶体。对于较大的主动强度，形状是对称的，并且出现平移集体运动。在圆形的约束，根据包装分数，自旋制度要么稳定的位置和取向顺序，或可能导致边缘电流和全球旋转，破坏同步自旋晶体结构。
2021-02-03 cond-mat.soft
Field-Programmable Topological Torons in Chiral Nematic Liquid Crystals
University of Oxford（牛津大学）；University of Ljubljana（卢布尔雅那大学）；KAIST（韩国科学技术院）；POSTECH（浦项工科大学）
通过定制交流电场控制扭线虫的生成、引导和停放，实现精确的微操作和图案化应用。
2026-03-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
