What exactly is 'active matter'?
本文针对活性物质研究快速发展但定义模糊的问题，梳理了其认知演变，探讨了能涵盖各类活性系统且区别于其他受驱系统的定义，还讨论了活性场论的定义，指出需基于粗粒化视角统一术语用法。
2025-07-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Phase field models of active matter
我们提出了一个概述相场建模的活性物质系统作为一种工具，用于捕捉复杂和活跃的接口的各个方面。我们首先描述了如何在相场模型中描述不同相之间的界面，并提供了描述其演变的简单基本控制方程。对于一个简单的模型，然后我们展示了如何界面的物理性质，如表面张力和界面厚度，可以从这些方程中恢复。然后，我们解释了如何相场制剂可以耦合到各种活性物质实现和讨论连续两相活性物质的三个特定的例子：活性向列型各向同性接口，活性物质在粘弹性环境中，并在流体背景中的活性壳。最后，我们描述了如何多相场可以用来模拟活跃的细胞单层，并提出了一个一般的框架，可以应用于组织行为和集体迁移的研究。
2021-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Hydrodynamics of Active Lévy Matter
集体运动通常在活性流体的框架内建模，其中组成活性颗粒，当与其他颗粒的相互作用被关闭时，长时间进行正常扩散。然而，在生物学中，单粒子超扩散和胖尾位移统计也很普遍。表现出这种异常扩散动力学的相互作用系统的集体性质，我们称之为活性Lévy物质，不能被当前的活性流体理论所捕获。在这里，我们制定了一个流体动力学理论的活性Lévy物质的粗粒化的微观模型对齐极性活性粒子，执行超扩散类似于Lévy航班。应用线性稳定性分析的流体动力学方程在集体运动的发病，我们发现，在其传统的对应，有序无序过渡可以成为关键。然后，我们估计相应的临界指数的有限尺寸标度分析的数值模拟。我们的工作突出了活性物质中的新颖物理学，它集成了异常扩散运动和粒子间相互作用。
2020-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Emerging mesoscale flows and chaotic advection in dense active matter
本文通过研究二维过阻尼自推进圆盘模型，发现稠密活性流体中由拥挤效应与持续推进竞争所驱动的介尺度混沌平流，揭示了一种区别于其他活性系统集体流动的新型活性湍流。
2023-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Hydrodynamics of thermal active matter
Institute for Theoretical Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学理论物理研究所）；Dutch Institute for Emergent Phenomena（荷兰涌现现象研究所）；Institute for Advanced Study, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学高等研究院）；Niels Bohr International Academy, The Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所尼尔斯·玻尔国际学院）
本文利用Schwinger-Keldysh有效场论建立热活性物质的流体动力学框架，揭示活性贡献源于时间平移对称性破缺，并推导了活性超流体和向列相的有效作用量与输运系数。
2025-11-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech hep-th
Active Model H: Scalar Active Matter in a Momentum-Conserving Fluid
我们提出了一个自推进粒子的连续理论，没有对齐的相互作用，在动量守恒的溶剂。为了解决相分离，我们引入了一个标量浓度场$ϕ$与对流扩散动力学。活动产生对偏应力的贡献$Σ_{ij}=-ζ((\partial_iϕ)(\partial_jϕ)-(\nablaϕ)^{2}δ_{ij}/d)$，其中$ζ$在时间反演下是奇数，而$d$是空间维数;这导致对收缩性游泳者为负的有效界面张力贡献。我们预测，域的增长，然后停止在扩散粗化的界面的主动拉伸平衡的长度尺度，并确认这一数字。因此，即使没有排列相互作用，活动和流体动力学的相互作用也是非常重要的。
2015-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The Mechanics and Statistics of Active Matter
活性粒子包含内部自由度，具有吸收和耗散能量的能力，并在此过程中执行系统运动。例子包括所有活的有机体和它们的能动成分，如分子马达。本文综述了应用非平衡态统计力学和流体力学原理，形成一个系统的理论的行为的集合的活性粒子-活性物质-只有最小的考虑微观细节的最新进展。一个统一的看法，许多种活性物质，不仅包括生活系统，但无生命的类似物。理论和实验并排讨论。
2010-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Physics of Smart Matter: integrating active matter and control to gain insights into living systems
我们提供我们的意见，从活性物质物理学的见解与监管互动和控制的原则，以开发一个领域，我们称之为“智能物质”的整合的好处。该领域可以提供对生命系统中重要原则的深入了解，以及对响应，强大和功能性集体的援助工程。
2023-02-01 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Active-Matter Battery
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Ministry of Education), Beijing Normal University（北京师范大学多尺度自旋物理教育部重点实验室）
本文提出一种最小活性物质电池模型，解析其充放电特性，发现考虑活性维持成本时，充电功率-效率权衡呈环状且效率有有限时间最大值，区别于被动设备。
2026-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Activity induced turbulence in driven active matter
考虑了驱动分层活性物质中的湍流。表征该问题的相关参数是雷诺数Re和活性物质类Richardson数R。在Re>>1，R<<1的混合极限下，我们证明了标准Kolmogorov能谱5/3定律的实现。另一方面，在分层极限Re>>1，R>>1时，出现了一个新的湍流普适类，具有7/5定律。从一个政权到其他的交叉进行了详细讨论。实验预测和探针进行了讨论。
2021-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Future Directions for Active Matter on Ordered Substrates
本文综述并展望了活性物质粒子与周期性基底耦合系统中的新型公度效应、定向锁定及活性相，并提出包括活性孤子、活性莫特相和活性人工自旋冰等未来研究方向。
2022-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stabilization of active matter by flow-vortex lattices and defect ordering
从细菌悬浮液到细胞单层的活性系统，通过从其组成元素局部注入能量而不断地被驱离平衡，并表现出顺从性和混沌模式。在这里，我们证明了理论上和通过数值模拟，湿活性系统，其行为是由流体力学，和干活性物质，其中任何流被筛选之间的交叉，可以通过使用摩擦作为控制参数。此外，我们发现了意想不到的涡有序在这个干湿交叉。我们表明，自组织的涡晶格是伴随着空间有序的拓扑缺陷，导致积极的晶体状结构。涡旋晶格的出现，导致拓扑缺陷的位置有序化，这表明在活性材料的设计和控制中的潜在应用。
2016-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Symmetry, Thermodynamics and Topology in Active Matter
本文总结了2020年春季在Kavli理论物理研究所（KITP）举行的为期九周的活动Active 20期间出现的活性物质领域的一些开放性问题。这篇文章不提供该领域的评论，而是作者的个人观点，通过所有参与者的贡献，对活性物质研究的新方向。突出的主题包括：自发流动和主动湍流的普遍存在以及与控制和利用这种流动相关的理论和实验挑战;活性物质有序状态中运动拓扑缺陷的作用及其可能的生物学相关性;非互易有效相互作用的出现和手性在活性系统中的作用及其与非厄米量子力学的有趣联系;由于理论和实验之间的反馈，主动系统的热力学公式化的进展;活性物质框架对我们理解生物组织的涌现力学的影响。这些看似不同的现象都源于活性物质的定义属性-自我驱动的实体的集合，单独打破时间反演对称性，并在各种各样的非平衡状态中集体组织。
2021-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Irreducible Representations Of Oscillatory And Swirling Flows In Active Soft Matter
最近的实验成像流体流动周围游动的微生物揭示了复杂的时间依赖性的速度场，定性不同于通常采用的应力流理论描述的活性物质。在这里，我们得到了最一般的流动周围的一个有限大小的活动粒子展开的表面应力在不可约的笛卡尔张量。这种膨胀，其第一项是应力波，必须包括，分别，第三阶极性和轴向张量，以最小限度地捕捉关键功能的主动振荡流周围的翻译衣原体和旋转团藻周围的主动旋流。该表示提供了连续体主动应力的不可约对称、反对称和各向同性部分的显式表达式。反对称主动应力不守恒轨道角动量，因此我们的工作表明，自旋角动量是必要的，以恢复角动量守恒的连续流体动力学描述的活动软物质。
2014-08-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Engineering reconfigurable flow patterns via surface-driven light-controlled active matter
表面驱动的流动在自然界中是普遍存在的，从亚细胞胞质流动到器官规模的纤毛阵列。在这里，我们的模型如何限制几何形状可以用来工程复杂的流体动力学模式驱动的活动仅在边界上规定。具体来说，我们模拟光控表面驱动的活性物质，探测的新兴性质的悬浮液的活性胶体，可以绑定和解除绑定预先图案化的表面的一个封闭的微室，一起创建一个积极的地毯。附着的胶体产生大规模的流动，这反过来又可以将分离的颗粒向壁平流输送。切换粒子速度与光，我们的程序的主动悬浮和展示了丰富的设计空间的流动模式，其特征在于拓扑缺陷。我们推导出可能的模式结构，并使用此理论来优化不同的微流体功能，包括流体动力学分区和混沌混合。我们的研究结果为设计和控制表面驱动的活性流体铺平了道路。
2020-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Kinetic Monte-Carlo Algorithms for Active-Matter systems
我们研究了活性粒子的动力学Monte-Carlo（KMC）描述。KMC算法依靠大的离散时间步长，加速主动系统的松弛动力学向其稳态。然而，我们发现，他们的连续时间限制是不明确的，导致消失的商标行为的活性物质，如运动诱导的相分离，棘轮效应，以及分散的机械压力。我们将展示如何混合被动步骤与主动步骤规范化这种行为，导致一个定义良好的连续时间限制。我们提出了新的AKMC算法，其连续时间的限制导致主动奥恩斯坦乌伦贝克，主动布朗，和运行和翻滚粒子的主动动力学。
2021-12-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Reply to Comment on`Entropy production and fluctuation theorems for active matter'
这是对D. Mandal，K. Kandyko和M. R. DeWeese出版为Phys. Rev. Lett。119，258001（2017）。
2018-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropy production and fluctuation theorems for active matter
活性生物系统远离平衡，即使在稳定状态下也会散热，因此需要扩展传统的平衡热力学和统计力学。在这封信中，我们已经扩展了随机热力学的新兴框架，活性物质。特别是，对于主动Ornstein-Uhlenbeck模型，我们提供了一致的定义的热力学量，如功，能量，热量，熵，熵产生的水平上的单一，随机轨迹和推导出相关的波动关系。我们已经开发了一个推广的克劳修斯不等式，这是有效的，即使在存在的非哈密顿动力学的活性物质系统。我们已经说明了我们的结果与明确的数值研究。
2017-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The statistical physics of active matter: from self-catalytic colloids to living cells
这些课堂讲稿的目的是提供对活性物质现象学的简要介绍，并介绍一些用来合理化活性系统涌现行为的分析工具。这样的系统是由相互作用的代理人能够提取存储在环境中的能量，以产生持续的定向运动。能量到机械功的局部转换使系统远离平衡，产生新的动力学和相。新兴的现象可以根据活跃粒子的对称性和微观相互作用的类型进行分类。我们在这里集中在空间和对齐的相互作用，以及形状变化驱动的相互作用。我们提出的模型都是受到合成，仿生或生命系统的实验实现的启发。基于最小的成分，他们是为了带来一个简单的和综合的理解复杂的现象学的活性物质。
2017-12-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Multi-scale statistics of turbulence motorized by active matter
许多微尺度的生物流动具有时空混沌的特征。这些包括游动细菌的稠密悬浮液，由马达蛋白驱动的微管束，以及分裂和迁移的汇合细胞层。所有这些系统的一个共同特征是它们负载有活性物质，该活性物质将流体中的自由能转化为动能。由于集体效应，活性物质引起多尺度流动运动，这些运动在视觉上与湍流非常相似。在这项研究中，多尺度统计工具分析直接数值模拟（DNS）的周期性的两个（2D）和三维（3D）的活动流，并比较它们与经典的湍流。在物理空间和光谱空间中提供了流量及其随活动水平变化的统计描述。使用小波进行尺度相关的不确定性分析。结果表明，主动和高雷诺数湍流之间的根本差异，例如，在主动流的不稳定性较小，能量较低，和工作的主动应力是光谱施加附近的积分尺度和耗散主要是局部的粘度，对流跨尺度的动量输运中起着次要的作用。
2017-05-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Topological defects in polar active matter
Njord Centre, Department of Physics, University of Oslo（奥斯陆大学物理系诺尔德中心）；Department of Microbiology, Oslo University Hospital（奥斯陆大学医院微生物系）
本文综述了极性活性物质（如动物群、运动细胞聚集体和活性胶体）中全整数拓扑缺陷的实验观察和理论进展，揭示了这些缺陷如何介导动态转变并促进大规模相干态的自发涌现。
2025-04-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Deciphering long-range order in active matter: Insights from swimming bacteria in quasi-2D and electrokinetic Janus particles
本文综述了活性物质系统中二维长程取向有序的理论描述与实验进展，对比了游动细菌和电动Janus粒子等微游动系统中的数值、理论与实验结果，并探讨了该领域的未来挑战。
2023-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
From a microscopic inertial active matter model to the Schrödinger equation
活性流体的单体密度的场论，例如范例活性模型B+，是描述运动诱导相分离等现象的简单但非常强大的工具。对于欠阻尼情况，还没有类似的理论。在这项工作中，我们引入主动模型I+，主动模型B+的扩展与惯性粒子。从微观朗之万方程出发，系统地导出了活动模型I ~+的控制方程.我们表明，欠阻尼活性粒子，热力学和机械的速度场的定义不再一致，密度依赖的游泳速度起着有效粘度的作用。此外，主动模型I+包含马德隆形式的薛定谔方程作为极限情况，允许在主动流体中找到量子力学隧道效应和模糊暗物质的类比。我们研究的主动隧道效应解析和通过数值延拓。
2022-04-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Nonequilibrium Membrane Dynamics Induced by Active Protein Interactions and Chemical Reactions: A Review
本综述聚焦非平衡条件下生物膜的时空模式与涨落，结合理论与模拟，阐述活性蛋白力、化学反应调控的蛋白结合过程对膜行为的影响及相关建模方法，还提及两亲分子结构的作用。
2024-07-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Entropy of state transitions in macroscopic active matter
本研究提出基于自由度的熵评估框架，利用机动球体活性粒子实验，证明宏观活性物质在不同活性状态间转变时伴随熵的离散跃迁，揭示了活性系统具有类似经典热力学相变的特性。
2024-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shaping active matter from crystalline solids to active turbulence
本研究通过大规模智能体分辨模拟表明，仅调节湿式泳动介质活性即可连续控制固液气相变与层流—湍流转变，并统一解释化学活性系统的矛盾实验。
2024-03-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Collective states of active matter with stochastic reversals: emergent chiral states and spontaneous current switching
研究了具有拓扑相互作用和方向反转的活性粒子的集体动力学行为。令人惊讶的现象显示出现的相互作用弛豫时间是不同的相对于反转率，如自发形成的集体手征态由于相位同步，集体方向反转的存在下的限制。这些结果对模拟和理解活性物质中的集体反转和同步现象有直接的关系。
2022-03-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anomalous Topological Active Matter
主动系统表现出由微观组分的自推进引起的自发流动，并且可以在没有外部驱动的情况下达到非平衡稳态。构建量子反常霍尔绝缘体和自发流动的活性物质之间的类比，我们表明，拓扑保护的声音模式可以出现在一个稳态的连续空间中的活性系统。我们指出，净涡的稳态流，这作为一个对应的规范场在凝聚态设置，必须在现实条件下的活跃系统消失。量子反常霍尔效应为实现拓扑超材料提供了设计原理。我们提出并分析了具体的极小模型，数值计算了它的能带结构和特征向量，展示了非零体拓扑不变量的出现与相应的边缘声音模式。这种新型的拓扑有源系统可以潜在地扩展其实验实现的可能性，并且可能在实际的有源超材料中具有广泛的应用。讨论了非厄米拓扑现象在有源系统中的可能实现。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective forces in scalar active matter
许多粒子悬浮液中的大尺度集体行为，可以从直接微观粒子相互作用之外出现的统计力的平衡来理解。在这里，我们回顾了一些方面的集体力量，可以出现在悬浮液中的自推进的活性布朗粒子：限制下的壁力，界面力，并在浸没机构介导的悬浮液的力量。即使对于非对齐的活性颗粒，这些力也与由壁和主体引起的颗粒取向的非均匀极化或非均匀密度分布密切相关。最后，我们指出了未来的方向和有前途的领域，集体力量的应用在合成活性物质，以及它们在生活中的作用活性物质。
2020-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Viscoelastic control of spatiotemporal order in bacterial active matter
活性物质由通过消耗能量产生机械功的单元组成。实例包括生命系统，例如细菌和生物组织的组装体、由分子马达驱动的生物聚合物以及合成自推进颗粒的悬浮液。该领域的一个中心问题是理解和控制空间和时间中活动集合体的自组织。大多数主动系统表现出空间秩序介导的相互作用，协调的空间结构和运动的活性剂或个人振荡动力学的时间同步。同时控制空间和时间组织更具挑战性，通常需要复杂的相互作用，如反应扩散层次或基因工程细胞电路。在这里，我们报告了一种新的和简单的手段，同时控制空间和时间的自组织细菌活性物质。通过限制活性细菌悬浮液和操纵一个宏观参数，即悬浮流体的粘弹性，我们发现细菌流体首先在空间中自组织成毫米级的旋转涡旋;然后显示时间组织作为巨大的涡旋切换其全球手性周期性与可调频率，让人想起扭摆-一个自驱动的。结合实验与活性物质模型，我们解释了这一惊人的行为之间的相互作用，积极迫使和粘弹性应力松弛。我们的研究结果推进了对复杂流体中细菌行为的理解，并首次通过实验证明流变学特性可以用来控制活性物质流动。与驱动相结合，我们的可调自振荡细菌涡旋可以用作软机器人运动和微流体泵送的“时钟”。
2020-11-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Comment on Ihle, "Towards a quantitative kinetic theory of polar active matter"
对T. Ihle，arXiv：1401.8056.
2014-04-15 cond-mat.soft
Noise-driven odd elastic waves in living chiral active matter
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Chicago（芝加哥大学）；Wayne State University（韦恩州立大学）；University of California, San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）
本文揭示噪声是过阻尼活性系统中产生持续奇数弹性波的必要条件，并给出了发生判据和相图，为实验实现自持弹性波提供了理论预测。
2025-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Irreversibility in active matter: General framework for active Ornstein-Uhlenbeck particles
活性物质系统通过将能量转化为单个组分水平上的局部定向运动而被驱离平衡。在最小描述的精神下，活性物质通常由所谓的活性奥恩斯坦-乌伦贝克粒子（AOUP）来建模，这是被动布朗运动的延伸，其中活性由具有简单统计特性的额外波动非平衡“力”（奥恩斯坦-乌伦贝克过程）表示。虽然在被动布朗运动中，沿着轨迹的熵产生与不可逆性有关，即观察某个粒子在时间上向前的轨迹与观察其时间反向的孪生轨迹的概率的对数比，但对于活性物质，这些概念之间的联系不太清楚。因此，它是至关重要的，以提供明确的表达式的不可逆性的活动粒子轨迹的基础上可测量的量单独的，如粒子的位置。在本技术说明中，我们根据路径概率比（前向路径与后向路径）推导出AOUP不可逆性的一般表达式，通过允许任意初始粒子分布和主动驱动状态，扩展了[PRX 9，021009（2019）]的最新结果。
2020-11-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Super-Gaussian, super-diffusive transport of multi-mode active matter
活细胞表现出多模式运输，在主动的、自推进的运动和看似被动的、随机的运动之间切换。转运模式转换的细胞决策是一个随机过程，它依赖于调节细胞迁移过程的细胞内化学网络的动态。本文提出了多模活性物质的理论和精确可解模型。我们精确的模型研究表明，被动模式和主动模式之间的可逆转换是异常的，超高斯输运动力学，这已被观察到在各种实验中的多模活性物质的起源。我们还提出了我们的模型的推广，包括复杂的多模物质与任意的内部状态化学动力学和内部状态依赖的传输动力学。
2017-08-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Odd viscosity in active matter: microscopic origin and 3D effects
在普通流体中，粘度与耗散有关。然而，当时间反演对称性被打破时，可能会出现一种新型的非耗散“粘性”。最近的理论和实验的经典二维系统的主动自旋粒子的兴趣提高了奇粘度，但它在活性材料的微观理论仍然是缺乏。在这里，我们提出了这样的第一原理微观哈密顿理论，有效的二维和三维，显示奇数粘度存在于任何系统，平衡或不，与对齐的自旋组件。我们的工作实质上将奇数粘度的适用性扩展到3D流体中，并且具体地扩展到内部驱动的活性材料，诸如活物质（例如，肌动球蛋白凝胶）。我们发现有趣的3D效果奇粘度，如各向异性体剪切波的传播和伯努利原理的故障。
2021-05-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Active matter in a viscoelastic environment
活性物质系统，如真核细胞和细菌，不断地将化学能转化为运动。因此，生命系统对它们所处的复杂环境施加积极的压力。这种复杂性的一个反复出现的方面是围绕生命系统的介质的粘弹性：细菌分泌它们自己的粘弹性细胞外基质，并且细胞在胶原的粘弹性网络内不断变形、增殖和自我推进。因此，必须了解活性物质如何改变粘弹性流体，以及如何被粘弹性流体改变。在这里，我们提出了一个两相模型的活性物质，动态地与被动的粘弹性聚合物相相互作用，并在两个维度进行数值模拟，以说明其适用性。最近的实验的动机，我们首先研究的抑制细胞分裂的粘弹性介质周围的细胞。我们进一步表明，模型角膜细胞的自推进被修改的聚合物松弛周围的粘弹性流体在一个不均匀的方式，并发现，增加聚合物粘度有效地抑制细胞的运动。最后，我们探讨了阻碍影响的粘弹性介质上的通用流体动力学不稳定性的活性向列相通过模拟动态的聚合物流体内的活性条纹。这里提出的模型可以为研究更复杂的动力学，如多细胞生长系统与粘弹性环境的相互作用提供一个框架。
2020-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Non-Gaussian noise without memory in active matter
对单个活性粒子的动力学建模总是涉及到各向同性的噪声自推进分量，其形式是奔跑和翻滚运动或围绕它的变化。这种非平衡噪声源既不是白噪声--也不是高斯噪声--也不是持久噪声。虽然新兴的集体行为在活性物质迄今已被归因于持久的成分，我们专注于非高斯成分的自我推进。我们表明，通过本身，这是没有调用任何记忆效应，它是能够产生粒子的积累接近边界和有效的吸引力，否则排斥粒子，一般导致运动诱导的相分离的机制，在活性物质。
2018-11-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comment on "Entropy Production and Fluctuation Theorems for Active Matter"
这是对D. Mandal，K. Kandyko和M. R. DeWeese出版为Phys. Rev. Lett。119，258001（2017）。
2018-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Drop of Active Matter
本文从理论上研究了放置在固体表面上的含有取向细丝的液滴的流体动力学。主动应力改变定性的润湿性能的下降，导致新的传播规律和新颖的静态液滴形状。用于测试我们的预测的候选系统包括具有马达和ATP的细胞骨架提取物、细菌或脉动细胞的悬浮液或充满人工自推进胶体的流体。
2012-01-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Thermodynamic Geometric Control of Active Matter
本研究将热力学几何拓展至活性物质系统，提出最小化非平衡驱动能量成本的几何框架，发现活性系统最优输运速度与自推进速度一致，并通过主动单温热机优化验证了方法有效性。
2024-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Persistent fluid flows defined by active matter boundaries
生物系统通过活性蛋白质结构（包括鞭毛、纤毛和细胞骨架网络）的自组织来实现对周围流体的精确控制。在活性结构中，单个蛋白质消耗化学能以分子长度尺度产生力和运动。蛋白质组分的自组织使得能够在微米尺度上控制和调节流体流场。组织和控制活性物质驱动的流体流动的物理原理知之甚少。在这里，我们应用一个光学控制的活性物质系统组成的微管细丝和光开关驱动蛋白马达分析持续流场的出现在一个模型活性物质系统。利用光，我们形成不同形状的收缩微管网络。我们分析了由各种微管网络几何形状产生的流体流场，并在统一的理论框架内解释了由此产生的流场。我们具体证明了收缩微管网络边界处的微管通量的几何形状通过有限元模拟预测了多边形网络几何形状的稳态流体流场。我们的工作提供了一个基础编程的微观流体流动与可控的活性物质，并可以使通用和动态的微流体装置的工程。
2020-09-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Direct evaluation of rare events in active matter from variational path sampling
活性物质代表了一大类系统，由于能量的局部注入，这些系统远离平衡而演化。像它们的被动类似物一样，活性物质中不同亚稳态之间的转换通过罕见的波动进行，然而它们的细致平衡破坏动力学使得这些事件难以研究。在这里，我们提出了一种模拟方法，用于评估罕见的事件在一般的非平衡系统的速率和机制，并将其应用于研究的被动溶质在主动流体的构象变化。该方法采用变分优化的控制力，使罕见的事件是一个典型的，提供一个精确的估计其速率的路径配分函数的比率。使用这种方法，我们发现，增加活性浴中的活性可以提高被动溶质的构象转换率的方式与最近的边界从随机热力学一致。
2021-12-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Taming Polar Active Matter with Moving Substrates: Directed Transport and Counterpropagating Macrobands
在使用活性颗粒作为靶向货物载体的目标之后，例如，目的在于向癌细胞递送药物，寻求用外部场控制单个活性颗粒是活性物质中最探索的主题之一。在这里，我们提供了一个计划，允许控制集体行为的活性物质，集中在波动带模式自然发生，例如在Vicsek模型。我们发现，暴露这些图案的行波势驯服他们，但在一个显着的非平凡的方式：乐队，最初针的潜力和comove与它，在随后的碰撞，自组织成一个宏带，具有可预测的运输对运动的方向的旅行潜力。我们的研究结果提供了一种途径，同时控制运输和结构，即微观与宏观相分离，在极性活性物质。
2018-10-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Effective temperature and glassy dynamics of active matter
一个系统的扩展的多体主方程的活性物质，其中电机功率的构型变化，在细胞骨架，示出产生的稳态和响应的描述在一个有效的温度。有效温度取决于马达的磁化率和测量其相对于热布朗扩散的强度的佩克莱数。分析预测与以前的数值模拟和实验结果一致。该映射还建立了活性物质的老化描述，该物质也被动力学地堵塞。
2011-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Geometry-Induced Dynamics of Confined Chiral Active Matter
该研究针对手性活性物质中物理约束与手性运动的相互作用机制不明确的问题，通过对圆形边界下的手性自驱动粒子开展数值模拟，发现粒子手性会显著改变受限集体运动形式，且取向变化平衡是有序运动的关键，明确了位阻边界效应对手性活性物质的调控作用。
2023-07-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Entropy production fluctuations encode collective behavior in active matter
本文导出了相互作用活性物质系统熵产生分布的一般下界。我们在四个典型的活性物质模型中探讨了粒子间的关联是小的和短程的，在这种限制下，该边界是紧的。在所有的模型研究中，绑定是弱的集体波动的结果，在长程相关性，随后链接的位置的相变增强熵产生波动。我们开发了一个理论的发病增强波动，并将其与特定的相变在活跃的布朗粒子。我们还推导出最优控制力，实现必要的动态调整耗散和操作系统之间的阶段。在这样做的过程中，我们揭示了熵产生和斑图形成之间的一般关系，在活性物质，以及控制它的方法。
2020-12-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Active Matter Transport and Jamming on Disordered Landscapes
我们用数值方法研究了由固定障碍物组成的随机无序景观上的漂移力驱动的主动奔跑翻滚粒子的运输。对于增加的运行长度，净颗粒传输最初增加之前达到最大值，并在较大的运行长度下降。传输减少与簇或活晶体状态的形成有关，这些状态被障碍物局部堵塞或阻塞。我们还发现，该系统动态堵塞在较低的颗粒密度时，运行长度增加。我们的研究结果表明，有一个最佳的活性水平，活性物质运输通过淬火无序，并可能是重要的理解在复杂环境中的生物运输或应用程序的活性物质颗粒在随机介质中。
2014-02-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dry, aligning, dilute, active matter: A synthetic and self-contained overview
这些笔记是基于暑期学校期间给出的讲座“活性物质和非平衡统计物理”，在2018年9月在Les Houches举行。干燥、排列、稀释、活性物质（DADAM）及其许多形容词，指的是活性物质研究的多维、快速增长领域的一个角落。然而，这个角落对整个领域具有历史和理论上的重要性。这些讲义首先描述了DADAM的特殊地位。然后，我们提供了一个综合和连贯的方式，我们目前的知识DADAM的概述。这构成了这些笔记的大部分。为了方便起见，我们首先描述了简单的活性粒子模型的基本DADAM类的现象，限制自己的两个空间维度，其中大部分工作已经完成。然后，我们讨论了连续流体力学理论推导出这些模型使用Boltzmann-Ginzburg-Landau方法。我们特别表明，他们在很大程度上是忠实于微观水平，虽然定性。在结论中，我们回到节点的情况下，DADAM内活性物质的研究，并提供了如何可以扩展DADAM知识到各个方向的观点，接近更现实，更复杂的情况下，在一个可控的方式。
2019-06-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Computational models for active matter
已经开发了各种计算模型来描述不同长度和时间尺度的活性物质。从微观尺度上的分子马达和细胞骨架丝到宏观尺度上的动物群体，活性物质的建模方法和挑战的多样性主要源于它们的非平衡特性、多尺度特性、非线性和多体相互作用。在目前的审查中，各种建模方法和数值技术的地址，比较，并区分照明的创新和当前的挑战，在理解活性物质。复杂性从干活性物质的最小微观模型向流体中的活性物质的微观模型增加。互补的，粗粒度的描述和连续模型阐明。微观细节往往是相关的，并强烈影响集体行为，这意味着选择一个适当的建模水平是一个微妙的选择，简单的模型强调普遍的属性和详细的模型捕捉特定的功能。最后，目前的方法，以进一步推进现有的模型和技术，以应付现实世界的应用，如复杂的媒体和生物环境，进行了讨论。
2019-10-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Active matter under control: Insights from response theory
本文结合随机热力学与非平衡响应理论，提出并实现了一个多功能框架，用于在任意远离平衡条件下寻找连续或离散态活性系统的热力学最优控制，为设计以最小耗散切换状态的新型活性材料奠定基础。
2024-02-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intermittent Attractive Interactions Lead to Microphase Separation in Non-motile Active Matter
非运动的活性物质表现出广泛的非平衡集体现象，但文献中的例子非常缺乏。我们提出了一个微观模型的灵感来自细菌{ \it脑膜炎奈瑟氏菌}，其中扩散剂感觉间歇性的吸引力。通过一个正式的粗粒化程序，我们表明，这个真正的标量模型的活性物质表现出时间反演对称性破缺条款定义的{ \it活动模型B+}类。特别是，我们确认微相分离的存在下，通过数值求解动力学方程。我们表明，开关速率控制的相互作用提供了一个调节机制，调整典型的集群大小，例如，在通过IV型菌毛相互作用的细菌种群。
2022-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Ratchet Effects in Active Matter Systems
棘轮效应可能会出现单个或集体相互作用的布朗粒子在不对称基板上时，净直流运输是由外部施加的交流驱动力或周期性闪烁的基板。最近，通过使用活性物质已经实现了一类新的主动棘轮系统，所述主动棘轮系统是可以是生物或非生物性质的自推进单元。当活性材料如游动细菌与不对称基底相互作用时，即使没有外部驱动，也可以产生净直流定向运动，从而打开了大量的可能性，如分选，货物运输或微机械构造。我们回顾了目前的状况，活性物质棘轮游动细菌，细胞，活性胶体，和群集模型，重点是粒子-基质相互作用的作用。我们描述棘轮逆转集体效应和使用主动棘轮运输被动粒子。我们讨论了未来的发展方向，包括变形基板或粒子，不同的游泳模式的作用，不同的粒子-粒子相互作用，和非耗散效应。
2016-04-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Synthetic Quorum Sensing and Absorbing Phase Transitions in Colloidal Active Matter
University of Geneva（日内瓦大学）；Université Paris Cité, MSC, UMR 7057 CNRS（巴黎西岱大学，分子科学与工程实验室，CNRS联合研究单位7057）；Radboud University（拉德堡德大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究设计了能响应拥挤调节活性的胶体活性杆，实现合成群体感应，并通过实验、模拟和理论揭示其可导致吸收相变或非典型相分离，为自适应活性物质提供普适见解。
2025-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hermitian and non-Hermitian topology in active matter
University of Tsukuba（筑波大学）；The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Pioneering Research institute（理化学研究所先导研究本部）；Institute for Physics of Intelligence（智能物理学研究所）；Universal Biology Institute（综合生物学研究所）；Department of Applied Physics, The University of Tokyo（东京大学应用物理系）
本文探讨了活性物质中Hermitian和非Hermitian拓扑的交叉领域，分析了活性物质与拓扑材料的联系，并讨论了非平衡系统的拓扑扩展。
2026-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
