Topological Boundary Constraints in Artificial Colloidal Ice
边界的影响以及如何利用边界来影响几何挫折系统的整体行为都是长期存在的难题，通常被降级为次要角色。在这里，我们使用数值模拟和“概念验证”实验来证明，可以设计边界来控制胶体人工冰的散装行为。我们表明，反铁磁前沿部队系统迅速达到基态（GS），而不是通常实施的开放或周期性的边界条件。我们还表明，战略性地将缺陷放置在角落产生新的量子态，或拓扑字符串，这是由于竞争GS地区的散装。我们的研究结果可以推广到其他受挫的微和纳米结构的边界条件，可以与光刻技术工程。
2021-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ice Rule Breakdown and frustrated antiferrotoroidicity in an artificial colloidal Cairo ice
本研究结合实验与模拟，探讨了Cairo几何结构人工胶体冰的低能态与拓扑缺陷，发现增强磁场会导致冰规则破缺，正负单极子分别聚集并屏蔽，系统呈现高度简并的受挫反铁环向极化无序态。
2023-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
The effect of geometrical confinement on the interaction between charged colloidal suspensions
利用计算机模拟描述不对称电解质的原始模型，研究了两个平面带电壁之间的带电胶体粒子之间的有效相互作用。详细地，我们计算了作用在单个宏离子和在存在狭缝状约束的宏离子对上的有效力。对于中等库仑耦合，我们发现，这种力是排斥。然而，在强耦合条件下，力的符号取决于到板的距离和粒子间的距离。特别是，颗粒板相互作用变得强烈的吸引力小的距离，这可以解释在最近的实验中观察到的板附近的胶体晶体层的发生。
1999-04-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Wall adsorption of a colloidal particle moving in a quiescent partially wetting fluid
在热平衡中，两块平行板之间的胶体颗粒浸入部分润湿颗粒和板的流体中，被壁吸引。然而，如果颗粒平行于板运动，则在低雷诺数的极限下，会产生远离板的流体动力升力。我们从理论上研究了这两种效应的竞争，并确定了速度的范围，在该范围内，速度可以作为一个参数控制微流中的吸附。
2003-04-29 cond-mat.soft
Frustration of the isotropic-columnar phase transition of colloidal hard platelets by a transient cubatic phase
使用模拟和理论，我们表明，立方相是亚稳态的三个模型硬血小板。流体中的垂直颗粒堆叠的局部有利结构通过导致玻璃化的几何挫折来防止柱状相的形成。此外，我们发现一个直接的结构和动态的不均匀性之间的联系，在合作旋转的颗粒堆，这是至关重要的失透过程。最后，我们表明，玻璃立方相的寿命可以通过令人惊讶的小颗粒形状的差异进行调整。
2011-12-06 cond-mat.soft
Geometric Frustration in Buckled Colloidal Monolayers
当晶格结构阻止局部相互作用的同时最小化时，几何挫折就会出现。它导致高度简并的基态，随后，复杂的物质相，如水冰，自旋冰和受挫的磁性材料。在这里，我们报告了一个简单的几何挫折系统组成的紧密包装的胶体球之间的平行壁。直径可调的微凝胶球自组装成一个屈曲的三角形晶格与向上或向下的位移类似于反铁磁伊辛模型的三角形晶格。实验和理论揭示了单粒子动力学受面内晶格畸变的控制，这种畸变部分地缓解了挫折，并产生了具有条纹和次广熵的基态，而不是反铁磁伊辛模型的更随机的配置和广熵。这种可调的软物质系统提供了一个未知的领域，在其中挫折，热激发和缺陷的动力学可以直接可视化。
2008-07-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hierarchical self-assembly of anisotropic colloidal platelets
在颗粒间相互作用水平上的各向异性为颗粒提供了用于目标结构的自组装的特定指令。合成非球形胶体的能力，以及通过适当放置的相互作用位点控制颗粒结合模式的可能性，如今正在扩大材料设计的领域。我们考虑一个模型的各向异性胶体血小板与规则的菱形形状和两个有吸引力的网站放置沿相邻的边缘，我们运行蒙特卡罗模拟在二维调查的两个阶段的组装这些单位成具有良好定义的对称性的集群，随后，扩展晶格。我们的重点是如何网站定位和网站网站的吸引力强度可以调整，以获得胶束聚集体是足够强大的，连续进行到第二阶段的组装从稀疏的集群到一个稳定的六方晶格。
2020-01-02 cond-mat.soft
Effect of polydispersity, bimodality and aspect ratio on the phase behavior of colloidal platelet suspensions
我们使用一个基本的测量密度泛函的硬板状多分散颗粒，在限制取向近似，解释在最近的实验中研究的血小板胶体悬浮液的相行为。特别是，我们专注于我们的注意力的行为的总包装分数的混合物，$η$，在该地区的两相各向同性，双相共存的平均纵横比，多分散性和分数的总体积$γ$所占的双相。在我们的模型中，血小板在正方形截面中是多分散的，边长为$σ$，但具有恒定的厚度$L$（和纵横比$κ\equiv L/<σ><1$，其中$<σ>$为平均边长）。我们的理论和最近的实验之间的良好协议是通过映射到一个有效的，排除体积相互作用，但与较厚的颗粒（由于存在的长程排斥血小板之间的相互作用）的真实系统。形状和粒度的多分散性的影响已被考虑通过使用一个有效的均方差，取决于两个多分散性的大小分布函数。我们还表明，双峰的尺寸分布函数需要正确地描述巨大的两相共存的差距和非线性的功能$γ(η)$，这两个重要的功能，这些胶体悬浮液表现出。
2012-09-27 cond-mat.soft
Sedimentation of colloidal plate-sphere mixtures and inference of particle characteristics from stacking sequences
我们从理论上研究重力对板球胶体混合物的影响，通过Onsager样的密度泛函来描述的体积，和沉降路径理论，将重力。我们计算了两组浮力质量和不同的样品高度值的混合物的堆积图。由于重力、样品高度和体相分离之间复杂的相互作用，出现了几种堆积顺序。这些包括实验观察到的浮动的双折射序列，它由夹在两个各向同性层之间的双折射层组成。在一个复杂的堆叠顺序的层的厚度的值可以用来获得混合物的微观信息。利用浮动层序列中各层的厚度，我们能够从胶体浓度中推断出浮力质量的值，反之亦然。我们还预测新的现象，可以通过实验测试，如一个非平凡的堆叠序列的演变，通过增加样品的高度，其中新的层出现在顶部或底部的样品。
2022-03-08 cond-mat.soft
Engineering of frustration in colloidal artificial ices realized on microfeatured grooved lattices
人工自旋冰系统，即相互作用的单畴铁磁岛的晶格，迄今已被用作晶格拓扑引起的挫折的微观模型，允许自旋排列和纹理的直接可视化。然而，工程的挫折冰状态，其中个人的自旋可以在原地操纵和实时观察他们的集体动力学仍然是两个具有挑战性的任务。受最近理论进展的启发，在这里，我们实现了一个人工自旋冰系统的胶体版本，使用相互作用的可极化粒子局限于晶格中的引力陷阱。我们定量地表明，冰的选择规则出现在这个受挫的软物质系统通过调整微观单元之间的对相互作用的强度。通过对粒子位置和偶极耦合的独立控制，我们引入了类螺旋缺陷和弦，并使用具有定义的手性的环作为存储二进制信息的基本单元。
2016-02-02 cond-mat.soft
Topological defects in buckled colloidal monolayers
Harvey Mudd College（哈维穆德学院）
研究褶皱胶体单层中拓扑缺陷的形成、运动及相互作用，揭示其在晶体边界和自旋域粗化中的作用，为预测系统材料性质和老化提供基础。
2026-03-04 cond-mat.soft
Relaxation dynamics in fluids of platelike colloidal particles
用唯象动力学密度泛函理论研究了板状胶体颗粒模型流体的弛豫动力学。模型流体近似于受限取向的Zwanzig模型内的颗粒。时间依赖性的驱动力完全由局部化学势的梯度表示，而局部化学势的梯度又来自于密度泛函-流体动力学相互作用。这些近似预计将导致定性可靠的结果，为低密度的各向同性-双相区域内的那些。的形式主义是适用于模拟一个初始空间均匀的稳定或亚稳定的各向同性流体，这是通过切换一个二维阵列的高斯激光束扰动。打开激光束会导致胶体颗粒在光束中心积聚。当初始化学势和激光功率足够大时，粒子的择优取向破坏了激光势的对称性。在再次关闭激光束之后，系统可以遵循不同的弛豫路径：它或者弛豫回到均匀的各向同性状态，或者它形成近似椭圆形的高密度核，该核垂直于主导取向伸长，以使表面自由能最小化。对于初始各向同性流体的大的过饱和，二维阵列的相邻激光束的高密度核心合并成复杂的超结构。
2007-06-08 cond-mat.soft
Local influence of boundary conditions on a confined supercooled colloidal liquid
我们研究受限的胶体悬浮液作为一个模型系统，它近似的行为受限的小分子玻璃形成。当被限制在平行玻璃板之间时，致密的胶体悬浮液变得更加玻璃化。我们使用共聚焦显微镜来研究受限胶体颗粒的运动。特别是，我们研究的影响颗粒粘在玻璃板上附近的自由粒子。限制似乎是主要的影响，减缓自由粒子的运动，并接近卡住的粒子导致二次减少的自由粒子的流动性。总的来说，颗粒迁移率在样品室的宽度上是相当恒定的，但是边界条件的强烈不对称性导致颗粒迁移率的轻微梯度。
2010-06-30 cond-mat.soft
Criterion for fingering instabilities in colloidal gels
我们将胶体凝胶夹在两块平行板之间，通过以恒定速度提升上板来诱导径向流。这种拉伸试验产生两种不同的情况：（$i$）稳定流动，在此期间凝胶经历拉伸变形而不屈服，以及（$ii$）不稳定流动，其特征在于空气指状物径向生长到凝胶中。我们发现，不稳定的政权发生超过临界能量输入，独立的凝胶的宏观屈服应力。这意味着在增长的手指的尖端的凝胶的局部流化，并在最不稳定的波长的图案表现出典型的粘性指进不稳定性的特征缩放的结果。我们的工作提供了一个定量的标准，在胶态凝胶的基础上的局部剪切诱导屈服的指进的发病，在延迟故障框架协议。
2020-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reconfigurable swarms of colloidal particles electrophoretically drivenin nematic liquid crystals
我们目前的实验中，不等轴的胶体微粒分散在一个垂直的锚定条件下的液晶液晶盒动态组装的液晶使能电泳（LCEEP），使用一个AC电场垂直的限制板。具有负介电各向异性的介电常数主体导致平行于单元板的驱动力。我们利用所得到的滑动锚定条件和退化的粒子运动的方向设计可重构的轨迹使用光敏锚定层（偶氮硅烷自组装单层），作为粒子轨迹遵循本地导演取向。
2016-05-20 cond-mat.soft
Gelation as condensation frustrated by hydrodynamics and mechanical isostaticity
胶体凝胶具有独特的机械和运输性能，这源于其双连续性，其中胶体网络与粘性溶剂交织在一起，并且在食品、化妆品、建筑材料和医疗应用（例如软骨替代品）中发现了许多应用。到目前为止，我们对胶体凝胶化过程的理解仅限于长时间的动力学效应，其中凝胶化被视为被玻璃化转变中断的相分离过程。然而，这幅图忽略了两个重要的影响：流体动力相互作用的影响，以及机械稳定性的出现。与共聚焦显微镜实验，在这里，我们成功地遵循凝胶化的整个过程与单颗粒分辨率，产生时间分辨的措施，从一开始的聚集过程的内应力和粘弹性。首先，我们证明了液体组分的不可压缩性质限制了相分离的初始阶段，有助于形成一个可压缩的网络。然后，我们表明，这个网络是不机械稳定的，并经历由自生内应力驱动的重排。最后，我们表明，机械亚稳性仅在局部均衡环境渗流后才达到，证明均衡性是凝胶稳定性和承载能力的必要条件，而不是玻璃化转变。我们的工作揭示了除了传统的纯粹的平衡热力学图片的凝胶动量守恒的关键作用。
2018-04-12 cond-mat.soft
Phase stacking diagram of colloidal mixtures under gravity
在胶体或液体混合物中，在沉积-扩散平衡时观察到的不同层的堆叠是本体相分离的显著结果。然而，从相图中得出定量的结论是非常微妙的。在这里，我们介绍了勒让德变换的化学势表示的体相图，以获得一个独特的堆叠图的所有可能的堆栈重力下。简单的体相图通常会导致复杂的堆积图。我们将该理论应用到只有两相体共存的二元硬核血小板混合物中，发现堆叠图包含六种类型的堆叠，多达四个不同的层。这些结果可以在胶体血小板混合物中进行实验测试。一般来说，扩展的吉布斯相位规则确定沉积层的最大数量为$3+2(n_b-1)+n_i$，其中$n_b$是双结点的数量，$n_i$是它们的拐点的数量。
2013-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Geometric Frustration of Colloidal Dimers on a Honeycomb Magnetic Lattice
我们研究了在三角形磁性极小值的蜂窝晶格上组装的相互作用的顺磁性胶体的相行为和集体动力学。当每个钉扎位点恰好用两个粒子填充这些潜在的最小值时，实现了受抑的胶体分子晶体。外部面内旋转场被用来退火系统到不同的阶段，包括长程有序条纹，随机的完全包装环，迷宫和无序状态。在较高幅度的退火场，二聚体晶格显示两步熔融转变，其中最初不动的二聚体进行第一次局部旋转，后来打破了交换粒子跨越连续的晶格极小值。
2016-08-27 cond-mat.soft
Scaling of fluctuations in a colloidal glass
我们报告的实验测量的胶体玻璃中的粒子动力学，以了解与合作运动的粒子在玻璃制度的动力学不均匀性。研究了老化胶体玻璃中相关函数和响应函数的局域和全局涨落。观测值显示普遍的标度行为修改后的幂律，高原占主导地位的异质性较低的短时间政权和幂律尾巴占主导地位的高度异质性的长时间政权。
2006-11-01 cond-mat.soft
Influence of Confinement on Dynamical Heterogeneities in Dense Colloidal Samples
我们研究了一个封闭在两块准平行玻璃板之间的稠密胶体悬浮体，作为封闭几何中过冷液体的模型系统。利用激光扫描共聚焦显微镜直接观察到胶体颗粒的三维布朗运动。颗粒沿着壁形成致密层，但由于我们使用两种颗粒尺寸的混合物，因此避免了结晶。一个正常的液体样样品，当被限制时，表现出较慢的扩散运动。粒子重排是空间异质性的，重排区域的形状强烈地受分层的影响。这些重新排列的区域在限制后变得更加平坦。壁诱导层和空间非均匀动力学的变化特征似乎与限制诱导玻璃化密切相关。
2012-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hard competition: stabilizing the elusive biaxial nematic phase in suspensions of colloidal particles with extreme lengths
我们使用计算机模拟来研究的存在和稳定性的一个双轴取向的$N_b$阶段在系统中的硬多面体长方体，三棱柱，菱形血小板，其特征在于由一个长（$L$），中（$M$），和短（$S$）粒子轴。对于所有三种形状的家庭，我们发现稳定的$N_b$状态提供的形状不仅接近所谓的双形状与$M = \sqrt{LS}$，但也充分各向异性与$L/S>9,11,14, 23$的菱形，棱柱体，长方体，分别对应于各向异性之前没有考虑。令人惊讶的是，在这些系统中没有发生直接的各向同性- $N_b$转变，这是由于在小的$L/S$处通过近晶相（对于长方体和棱柱）或柱状相（对于片晶）或在大的$L/S$处通过介入的单轴晶相使$N_b$不稳定。我们的研究结果证实了密度泛函理论提供的第三维里系数包括和一个连续的，而不是离散的（Zwanzig）一组粒子取向考虑。
2018-01-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometrically frustrated, mechanical metamaterial membranes: Large-scale stress accumulation and size-selective assembly
该研究探究几何阻挫对机械超材料薄膜的作用，通过理论与模型发现其应变能幂律增长更弱，自限制组装尺寸范围较弹性薄膜提升数倍。
2024-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Relating Microstructure and Particle-level Stress in Colloidal Crystals Under Increased Confinement
晶体材料的机械性能可以在约束条件下得到显著改变。这种改变的宏观性能通常由改变的微观结构和内部应力场控制。在这里，我们使用一个平行板的几何形状，应用准静态挤压流粉碎胶体多晶，同时用共聚焦显微镜成像。共聚焦图像用于量化局部结构顺序，并结合局部结构各向异性应力评估（SALSA），确定单颗粒尺度下的应力。我们发现，在压缩过程中，结晶区打破成不同的几何包装的小域。这些领域的特点是高度本地化的压力和偏应力的相关长度的一半，在散装。此外，平均偏应力几乎加倍，表明在高度受限的样品中具有更高的脆性。
2016-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Competing orders for the colloidal kagome ice: the importance of in-trap motion of the particles
人造冰系统已经被设计成复制在受抑自旋系统中观察到的典型现象。在这里，我们提出了一个详细的理论分析的基础上蒙特卡罗模拟的低能量阶段的人工胶体冰系统，最近推出的冰系统，其中的合奏排斥胶体是二维的重力限制在一个双井晶格在一对一的填充。由最近的布朗动力学模拟结果引发[A. Libál等人，Phys.Rev.Lett. 120，027204（2018）]，我们分析了当降低温度时在蜂窝几何结构中发生的能量学和相变（在kagome晶格上实现自旋冰系统的模拟）。当粒子被限制在势阱的两个极小值时，我们恢复了与偶极自旋冰系统相同的相图，具有长程有序的手征基态。与此相反，当考虑粒子的运动和他们的陷阱内的弛豫，我们观察到在低温下的铁磁有序。这一观察突出了人工冰系统中胶体的连续运动所起的重要作用。
2019-02-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian Motion of Boomerang Colloidal Particles
研究了两块玻璃板之间的回飞棒胶体粒子的布朗运动。我们的实验观察表明，平均位移偏向于中心的流体动力应力（CoH），和均方位移表现出交叉从短时间更快的长时间更慢的扩散与短时间的扩散系数依赖于用于跟踪的点。基于朗之万理论的模型阐明，这些行为归因于两个扩散模式的叠加：椭圆运动的CoH和旋转运动的跟踪点相对于CoH。
2013-08-19 cond-mat.soft
Slow dynamics of a colloidal lamellar phase
我们用X射线光子相关光谱研究的血小板悬浮液的层状相的颗粒浓度的函数的动态。我们测量的集体扩散系数沿导演的阶段，在长度尺度下的粒子间的距离，并量化的颗粒之间的流体动力学相互作用。这种相互作用随着浓度的增加而发生，可以用一个简化的模型定性地描述。在流体和凝胶状层状相之间的过渡处没有观察到微观结构或动力学的变化。
2015-04-06 cond-mat.soft
Glassy Dislocation Dynamics in 2-D Colloidal Dimer Crystals
虽然玻璃弛豫通常与无序，在这里，我们报告一种新类型的玻璃动力学有关的2-D晶体内的胶体二聚体的位错。以往的研究表明，二聚体晶体中的位错运动受到某些粒子取向的限制。在这里，我们拖动一个光学捕获粒子通过这样的二聚体晶体，产生位错。我们发现了一个两阶段的弛豫响应，最初的位错滑动，直到遇到粒子笼他们的运动。随后的弛豫通过第二个过程缓慢地发生，在第二个过程中，位错在笼状构型之间跳跃。最后，在模拟剪切二聚体晶体，位错均方位移显示典型的玻璃态动力学的笼子坪。总之，这些结果揭示了一种新的玻璃状系统内的胶体晶体。
2010-08-11 cond-mat.soft
Re-entrant ordering of solute in a colloidal suspension during solvent evaporation
我们研究了从胶体悬浮液中蒸发溶剂过程中二氧化硅微球在玻璃板上的自组装现象。我们的实验揭示了一个有趣的竞争之间的订购和压缩在一个强有力的驱动，平衡系统所产生的动力学放缓，由于即将到来的玻璃化转变。一个合适的实验条件的选择，最大限度地减少许多其他竞争现象的影响，通常复杂的探测这一基础物理是至关重要的，我们的研究。作为粒子密度和干燥时间的函数的有序-无序相图中的重入行为的建立和结果的解释与模拟和唯象理论的帮助。
2011-06-23 cond-mat.soft
Engineering tunable fractional Shapiro steps in colloidal transport
本文通过驱动单个胶体粒子穿越时间调制的非正弦周期光学势场，实验实现并调控整数与分数 Shapiro 台阶，揭示其微观同步机制。
2025-03-17 cond-mat.soft
Rotational averaging-out gravitational sedimentation of colloidal dispersions and phenomena
我们报告的胶体系统之间的差异离开地球的引力场和相同的系统，其中一个缓慢的连续旋转平均了颗粒沉降的影响，在一个距离尺度小的颗粒大小相比。几个系统的微米级胶体颗粒进行了研究：硬球流体，胶体相互作用通过远程静电排斥以上的冻结体积分数，带相反电荷的胶体系统接近凝胶化和/或结晶，胶体与竞争的短程耗尽吸引力和远程静电排斥，胶体偶极链，胶体金血小板的条件下，他们形成堆栈。在允许颗粒沉降的实验和沉降被平均的实验之间观察到结构形成的重要差异。例如，在胶体通过远程静电排斥相互作用的情况下，在重力的作用下，在整个悬浮液中观察到稀流体/稀晶体/致密流体/致密晶体相的不寻常序列，这与胶体相互作用的体积分数相关，而系统保持均匀结晶，旋转。对于带相反电荷的胶体，凝胶状结构被发现在重力的影响下崩溃，在沉淀物的顶部生长有一些结晶层，而当胶体沉淀被平均化时，凝胶完全转化为在整个样品中随机取向的微晶。旋转平均重力沉降是一种有效而廉价的方法来估计重力对胶体自组装过程的重要性。
2011-11-18 cond-mat.soft physics.space-ph
