Chemotactic and hydrodynamic effects on collective dynamics of self-diffusiophoretic Janus motors
由化学反应驱动的自推进Janus马达的非平衡稳态悬浮液中的集体运动可以由于来自直接分子间力、流体动力学流动效应或化学梯度介导的趋化效应的相互作用而产生。这些相互作用的相对重要性取决于电机的反应特性、系统保持稳定状态的方式以及悬浮液的性质，例如体积分数。从模拟的微观硬碰撞模型的流体粒子与Janus电机的相互作用，我们表明，动态集群状态的存在，并确定的相互作用机制，负责其形成。趋化和流体动力学效应的相对重要性是通过考虑一个微观模型，其中趋化效应被关闭，而保留完整的流体动力学相互作用。该系统通过本体反应维持在稳定状态，在该本体反应中，产物颗粒再转化成燃料颗粒。研究了本体反应速率对集体动力学的影响。
2017-07-29 cond-mat.soft
Exact axisymmetric interaction of phoretically active Janus particles
研究了两个化学活性Janus粒子的轴对称相互作用。依靠场方程的线性和对称性参数，我们推导出粒子相对速度的一般解。我们表明，无论系统的化学性质，相对速度可以写为一个线性的几何函数的总和，只依赖于颗粒之间的间隙大小。我们通过一个精确的方法，占充分的化学和流体动力学的相互作用来评估这些功能。利用得到的解，我们揭示了每个隔间在相对运动中的作用，并讨论了不同相互作用的贡献。然后，我们表明，动力系统描述的相对运动的两个Janus粒子可以有多达三个不动点。这些不动点可以是稳定的，也可以是不稳定的，这表明两个Janus粒子的系统可以表现出各种各样的非平凡行为，这取决于它们的初始间隙大小和它们的化学性质。我们还研究了Janus粒子的具体情况，其中一个隔室是惰性的，并给出了它们在活动-迁移率参数空间中的相对行为的状态图。
2020-09-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nonreciprocal collective dynamics in a mixture of phoretic Janus colloids
研究具有不同催化涂层和趋化迁移率的Janus胶体二元混合物，通过粗粒化耦合密度与极化场揭示多种非互易集体不稳定性，并实现Nonreciprocal Cahn-Hilliard模型的微观机制。
2024-02-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Chemotactic particles as strong electrolytes: Debye-Hückel approximation and effective mobility law
本文将化学活性趋化粒子的二元混合物类比为强电解质，解析导出其在外部浓度梯度下的有效泳动迁移率随浓度平方根衰减，推广了Kohlrausch与Debye-Hückel-Onsager定律。
2024-04-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Phoretic self-propulsion: a mesoscopic description of reaction dynamics that powers motion
合成自推进粒子的制造及其动力学的实验研究激发了人们对推动纳米和微米尺度物体的自生电泳效应的兴趣。这些现象的理论建模往往是基于不同的电泳推进机制，包括自电泳，自扩散电泳和自热泳的溶剂的连续描述。本文中的工作考虑了在电机表面和体相流体中的各种类型的催化化学反应，这些反应在介观动力学描述中发挥作用。该配方是说明通过发展的介观反应动力学的放热和解离反应，用于动力马达运动。这些机制的复合Janus粒子的自推进动力学的模拟结果。
2012-09-27 cond-mat.soft physics.chem-ph
Self-propulsion in 2D Confinement: Phoretic and Hydrodynamic Interactions
具有化学活性的Janus粒子沿其表面产生切向浓度梯度，用于自推进。虽然这是很好的研究在无界域，在生物相关的环境，如禁闭的分析是稀缺的。在这项工作中，我们研究了弱约束下的Janus球的运动。粒子被放置在任意位置，在两个壁之间具有任意方向。利用反射的方法，我们研究了限制平面边界上的电泳和流体动力学相互作用的效果，以及它们对Janus粒子动力学的后果。的动态轨迹进行了分析，使用相图不同的表面覆盖的活动和溶质-粒子相互作用。除了近壁状态，如“滑动”和“悬停”，我们表明，占两个平面边界揭示了两个新的状态：通道跨越振荡和阻尼振荡的中心线周围，其特征在于作为“散射”或“反射”的早期分析单壁相互作用。使用相图，我们突出了惰性面对和积极面对Janus粒子的差异。我们还比较了Janus粒子与蠕动体的动力学，以对比化学相互作用与流体动力学效应。从目前的工作中获得的见解表明，生物和人工游泳者通过长距离的相互作用来感知周围环境，这种相互作用可以通过改变表面特性来改变。
2021-07-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Universal optimal geometry of minimal phoretic pumps
与压力驱动的流动不同，表面介导的泳动流动提供了在非常小的尺度上驱动流体运动的有效手段。覆盖有具有非零泳动性的化学活性斑块的胶体颗粒（例如Janus颗粒）使用自生梯度游泳，并且可以利用类似的物理来创建泳动泵。在这里，我们详细分析了泳泵的设计原理，并表明，对于一个最小的泳泵，由3个不同的化学补丁，补丁的最佳安排最大化的流速是普遍的和独立的化学。
2019-07-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Slender Phoretic Theory of chemically active filaments
人造微泳者或“微机器人”有可能彻底改变非侵入性医学和微流体学。由自泳机制（如Janus粒子）提供动力的微机器人通常利用其环境中的溶质燃料。传统上，自泳颗粒是点状的，但是细长的泳棒已经成为越来越普遍的设计。虽然一直有很大的兴趣，创造有效的渐近理论细长泳棒，迄今为止，这种理论已被限制到直杆轴对称图案。然而，现代制造方法将很快允许制造具有复杂三维形状的细长电泳丝。在本文中，我们发展了一个细长体理论的溶质的自扩散电泳丝的任意三维形状和图案。我们分析表明，不同于其他细长体理论，一阶方位角的变化所产生的曲率和限制可以有领先的顺序的游泳运动学的贡献。
2020-05-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Artificial chemotaxis of phoretic swimmers: Instantaneous and long-time behaviour
泳动粒子是近年来受到广泛关注的一类人工活性粒子。通过利用自生的梯度（例如，温度、电势或某些化学产品），泳动游泳者能够自我推进，而没有移动身体部分或受控外部场的复杂性。专注于扩散电泳，我们在本文中量化的机制，通过该泳动颗粒可以实现趋化性，无论是在个人和非相互作用的人口水平。首先，我们推导出一个充分的分析法的瞬时推进和定向的泳泳者与一般的轴对称表面的属性，在零Péclet数和小Damköhler数的限制。然后，我们将我们的研究结果的情况下，Janus球，最常见的设计之一，用于实验研究的泳者。接下来，我们提出了一种新的应用广义泰勒色散理论，以证明非相互作用的泳动者的人口的长期行为。我们比较我们的理论结果与数值模拟的平均漂移和各向异性扩散的泳动游泳在化学梯度。我们的研究结果将有助于通知泳泳者在未来的实验应用的设计。
2018-09-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pairing, waltzing and scattering of chemotactic active colloids
本研究揭示趋化/抗趋化活性胶体对的多种动力学行为及调控机制，分类了束缚态不动点与分岔，为活性胶体系统的动力学研究提供了新见解。
2019-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Thermotaxis of Janus Particles
自主微泳者的相互作用对运动活性物质集体态的形成起着重要作用。我们详细研究了常见的微游泳器设计的双面Janus球与半球由不同的材料制成。它们的化学和物理表面性质可以被定制以微调它们的相互吸引、排斥或对齐行为。为了系统地研究这些效应，我们监测了由光学加热的金属纳米粒子产生的外部温度场中单个金帽Janus粒子的动力学。我们量化的Janus粒子的取向相关的排斥和对齐，并解释它在一个简单的理论模型的诱导热渗透表面通量。该模型揭示了粒子的角速度完全由Janus粒子的半球和它们的电泳迁移率对比之间的赤道上的温度分布决定。此外，外部温度场的畸变，其异质性的导热性被证明打破了问题的明显对称性。
2021-03-28 cond-mat.soft
Self-organisation of auto-phoretic suspensions in confined shear flows
本研究通过连续介质动力学模型模拟，探究受限剪切流中趋化性Janus泳动粒子稀悬浮液的动力学，揭示了受限驱动的一维瞬态稳态分布特征及稳定性，并分析了粒子对流动的反馈与悬浮液有效黏度。
2023-12-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Enhanced phoretic self-propulsion of active colloids through surface charge asymmetry
该研究发现表面电荷不对称性可为产离子的化学活性胶体带来新的自泳模式，建立了定量计算相关纳米颗粒自推进速度的理论框架，为优化离子介质中活性胶体的自推进提供了新思路。
2023-05-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Clustering-induced velocity-reversals of active colloids mixed with passive particles
最近的实验表明，胶体悬浮液可以自发地自组装成各种内部结构，尺寸和动力学性质的致密集群时，掺杂活性Janus粒子。典型的是，这些星团在形成过程中以弹道方式移动，但动态地恢复它们的速度，并暂时与它们所包含的Janus粒子的自推进方向相反。在这里，我们探索了一个简单有效的模型，胶体混合物，它允许再现实验中看到的大多数方面，包括形态和速度反转的集群。我们将后者归因于被动颗粒对活性胶体帽的非互惠电泳吸引力，即使在紧密接触时也会发生，并将活性颗粒向后推。当电泳相互作用是排斥的，反过来，它们会导致动态聚集的被动胶体的化学密度最小值所产生的活性粒子，最近在实验中看到的;在其他参数制度，他们诱导旅行前的活性粒子所追求的被动共存的活性气体。
2019-09-20 cond-mat.soft
Self-diffusiophoresis of Janus particles that release ions
催化Janus泳者通过自发产生浓度梯度和电势来展示扩散泳运动。最近的工作集中在简化的情况下，如释放的离子或离子的低表面通量，与有限的理论指导。在这里，我们考虑实验相关的情况下，释放两种类型的离子的粒子，并获得一个简单的表达式的粒子速度在薄的静电扩散层的限制。我们的近似表达式是非常准确的，即使当离子通量和表面电位是大的，并允许一个解释一些有趣的现象，如在粒子运动的方向上的反向响应于盐浓度的变化或自扩散电泳的不带电粒子。
2022-03-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Floor- or ceiling-sliding for chemically active, gyrotactic, sedimenting Janus particles
表面结合催化化学反应自推进化学活性Janus粒子。在边界附近，这些粒子表现出丰富的行为，如发生壁约束的稳定状态的“滑动”。大多数活性颗粒倾向于沉淀，因为它们与溶液的密度不匹配。此外，由惰性核心材料装饰有帽状催化剂薄层组成的Janus球体是回旋立构的（“底部重”）。水平壁附近滑动状态的发生取决于主动运动和重力驱动的沉积和排列之间的相互作用。因此，重要的是要了解和量化的影响，这些重力引起的影响模型化学活性粒子的行为移动附近的墙壁。对于模型回旋，自泳Janus粒子，在这里，我们研究理论上的滑动状态的发生在水平平面壁，要么低于（“地板”）或以上（“天花板”）的粒子。我们构建“状态图”，表征这种状态的发生作为沉降速度和颗粒的回旋响应的函数，以及颗粒的泳动性。我们表明，在某些情况下，滑动状态可能同时出现在天花板和地板，而较大的一部分的实验相关的参数空间对应的粒子，将表现出滑动状态，只有在地板上或天花板上，或者根本没有滑动状态。这些预测与以前的实验研究和我们的实验结果进行了严格的比较Pt涂层的聚苯乙烯和二氧化硅的核心颗粒悬浮在过氧化氢水溶液中。
2020-01-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydro-chemical interactions in dilute phoretic suspensions: from individual particle properties to collective organization
Janus泳动胶体（JPs）自推进作为自生的化学梯度的结果，并表现出自发的非平凡的动力学泳动悬浮液内，长度尺度远大于微观游泳者的大小。这种集体动力学产生于（i）粒子的自推进速度，（ii）粒子之间的吸引/排斥化学介导的相互作用和（iii）它们在周围介质中引入的流动扰动的竞争。这三种组分的含量直接取决于胶体表面的形状和物理化学性质。由于这种联系，我们适应最近流行的动力学模型的化学活性JP的稀释悬浮液中的颗粒的远场流体动力学和化学签名的内在联系，并明确确定的设计属性。使用线性稳定性分析，我们表明，自推进可以诱导波选择机制，某些粒子的配置与实验观察一致。对完整的动力学模型进行了数值模拟，分析了化学和流体动力学相互作用在非线性动力学中的相对重要性。我们的研究结果表明，在粒子密度的规则图案促进化学信号，但防止由极化粒子集体产生的强流体流动，无论其趋化或抗趋化性质（即拉和推游泳）。
2020-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Fast and accurate solvers for simulating Janus particle suspensions in Stokes flow
我们提出了一种新的计算框架，模拟刚性球形Janus粒子在斯托克斯流中的悬浮液。我们表明，远程Janus粒子相互作用的广泛的应用可以解决使用快速，光谱精确的边界积分方法定制的多分散悬浮液的球形颗粒。这些都被纳入我们的刚体斯托克斯平台。我们的方法的特点是使用球谐展开的光谱精确的积分算子的评估，互补性为基础的碰撞解决方案，和最佳O（n）缩放粒子数时，通过快速求和技术加速。我们通过三个在生物医学应用中突出的Janus粒子系统的关键例子展示了我们平台的灵活性：两亲性，双极电和泳动粒子。我们制定Janus粒子相互作用的边界积分形式和展示特征的自组装和复杂的集体行为为每种粒子类型。
2021-04-29 cond-mat.soft cs.CE cs.NA
Theory of light-activated catalytic Janus particles
我们研究了活性Janus粒子的动力学，这些粒子通过化学“燃料”的光活化催化分解在溶液中自推进。“我们开发了一个光活性自泳粒子的分析模型，该模型解释了粒子不透明催化面对光的“自遮蔽”。我们发现，自遮蔽可以驱动“趋光性”（朝向光源的催化帽的旋转）或“反趋光性”，这取决于粒子的性质。通过分析热噪声的影响，我们发现粒子取向的分布是由具有非平衡有效势的玻尔兹曼分布捕获的。此外，趋光（反趋光）粒子的平均垂直速度表现出超线性（次线性）的强度依赖性。总的来说，我们的研究结果表明，光活性粒子对光表现出丰富的“战术”反应，这可以用来编程复杂的三维轨迹。
2019-05-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Universal Translational and Rotational Mobility Expressions of Phoretic and Self-phoretic Particles with Arbitrary Interaction Potentials
本研究结合两类泳动迁移率计算方法的优势，推导了具有任意相互作用势的泳动与自泳动粒子的通用平移旋转迁移率表达式，验证了其在多场景下的有效性，并探究了自推进与外场驱动的竞争机制。
2024-08-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dependence of Phoretic Propulsion of Sub-Micron Urease Motors on the Fraction of the Particle Covered by Catalyst
微/纳米马达是能够在流体系统中运动的微至纳米尺寸的颗粒和系统。它们的运动可能是许多机制的结果，其中最著名的一种是电解质扩散电泳，其中带电离子在颗粒表面的不对称产生导致电泳。这项工作的重点是构建尿素酶马达，仔细控制其Janus平衡，即，以控制被酶覆盖的表面的百分比，并研究这种不对称性对颗粒推进速度的影响。在这方面，我们成功地构建了具有不同涂层百分比的颗粒。观察结果表明，当涂层百分比接近50%时，颗粒的推进速度稳定增加。在达到一定的酶活性阈值和百分比覆盖率后，在较低的催化帽高度下，这种趋势可能会逆转。然而，所使用的方法在构造具有较低催化帽高度的发动机方面具有局限性。我们的目标是阐明高效的尿素酶驱动的泳动马达的设计原理，这可能对下一代纳米级器件的发展产生重大影响。
2023-02-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phoretic self-propulsion at finite Péclet numbers
泳动自推进是小尺度上无力和无扭矩运动的一个独特例子。经典的框架，描述周围的自扩散电泳游泳颗粒的流场忽略了对流的溶质场的流动，并假设化学相互作用层是薄的颗粒尺寸相比。在本文中，我们量化和表征溶质平流的影响，泳泳的一个球。首先，我们严格推导出薄相互作用层假设的有效性在有限值的Péclet数（Pe）的制度。在这个假设下，我们计算解决的流动Janus泳动颗粒周围，并检查溶质平流推进和颗粒产生的流量的影响。我们表明，虽然平流总是导致游泳速度和流动应力波在高值的Péclet数的减少，增加可以得到在中间值的Pe。这种可能的游泳增强关键取决于溶质和表面之间的化学相互作用的性质。然后，我们推导出一个渐近分析的问题，在小Pe允许合理化我们的计算结果。我们的计算和理论分析是伴随着一个平行的研究的作用，在表面上的粒子游泳（Damköhler数）的反应。
2014-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
A regularised singularity approach to phoretic problems
提出了一种有效、精确、灵活的数值方法，用于求解纯扩散极限下一个或多个自泳粒子的游动问题。该方法依赖于连续的边界元解的拉普拉斯和斯托克斯流动方程，使用正则化的格林函数的快速，简单的实施方式，一个扩展的众所周知的方法“正则化stokeslet”的斯托克斯流动问题。边界元法特别适合于泳动问题，因为不需要计算游泳速度。对于与时间相关的问题，该方法不需要重新网格化，并且可以通过镜像方法在不增加线性系统尺寸的情况下添加简单的边界，例如平面壁。该方法验证了对两个经典的例子，其中的分析或半分析解决方案是已知的，一个两球系统和Janus粒子，并提供了一个严格的计算管道，以解决进一步的问题与复杂的几何形状和多个机构。
2015-11-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Boltzmann-Ginzburg-Landau theory for autochemotaxis of active rod-like particles
本文通过玻尔兹曼-金兹堡-朗道理论，研究活性杆状粒子中趋化与取向相互作用的耦合，发现平移趋化促进失稳而旋转趋化抑制失稳，揭示二者对集体动力学的相反作用。
2025-06-23 cond-mat.soft
Network effects lead to self-organization in metabolic cycles of self-repelling catalysts
本研究构建由三种催化活性粒子组成的模型代谢循环，证明连接网络的性质可调控自组织，甚至能让自排斥物种按设计发生塌缩不稳定性。
2023-04-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Autophoretic motion in three dimensions
具有在自生化学浓度梯度中发光移动能力的Janus粒子是活性物质的模型系统。它们的运动通常由直线路径组成，旋转扩散是主要的重定向机制。在本文中，我们从理论上表明，通过一个适当的表面覆盖的活动和流动性，平移和旋转运动可以诱导任意在三维空间。所得到的轨迹通常是螺旋形的，并且它们的节距和半径可以通过调节平移速度和角速度之间的角度来控制。基于固定通量化学边界条件下轴对称自泳运动的经典数学框架，我们首先展示了如何计算任意表面覆盖的球形颗粒的最一般的三维运动。在说明了我们的表面分布的结果，我们接下来介绍一个简单直观的补丁模型作为指导设计任意电泳球。
2018-03-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Inferring interactions between active particles using harmonic traps
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）
本文提出利用谐波陷阱中活性Janus粒子的稳态位置分布来推断其相互作用力与力矩，无需取向信息，为构建动态先进材料提供基础。
2026-09-18 cond-mat.soft
Hydrodynamic stresses in a multi-species suspension of active Janus colloids
本研究通过系统粗粒化微观动力学，计算活性Janus胶体多物种悬浮液的流体动力学应力张量多组分贡献，揭示单物种系统应力强度的调控机制及多物种系统中活性对张量的修饰与非互易性的产生。
2025-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Surface Excess Energy Governs the Non-Monotonic Behavior of Active Diffusivity with Activity
本研究揭示界面反应产生的表面过剩能量和界面应力可增强催化Janus粒子的扩散，解释了活性扩散率的非单调行为，并为调控合成活性物质迁移率提供设计原则。
2025-10-06 cond-mat.soft physics.chem-ph
Diffusion of Janus Particles in Bacterial Suspensions: Second-Order Phase Transition and Counterintuitive Directional Propulsion
通过建立细菌趋化性的分子动力学模型，首次研究了考虑趋化效应的细菌悬浮液中示踪剂的统计特性。我们证明了非高斯统计的全涂层示踪剂来自于非热细菌噪声。此外，Janus（半涂层）示踪剂执行的复合随机行走结合幂律尾分布的Lévy飞行与布朗抖动在低涂层浓度，但转向增强定向传输（EDT）时，涂层浓度高。与传统的自推进颗粒不同，在增加涂层浓度时，EDT的方向从沿着示踪剂取向反直觉地反转到与示踪剂取向相反。这两个过渡被确定为二阶，与相边界满足在一个三相点。提出了一个理论模型，揭示了这种异常的输运行为的起源。我们的研究结果揭示了活性物质在外界刺激下的基本非平衡物理，强调了非对称环境在调节生物系统中的运输过程中的关键作用。
2017-05-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Orientational dynamics of a heated Janus particle
利用大尺度分子动力学模拟研究了具有自推进特性的加热Janus粒子的取向动力学。胶体与溶剂的微观相互作用中的不对称性通过为球体的两个半部选择不同的润湿参数来实现。因此，由于两个半球中固体-流体边界上的不同界面阻力，在球体的两极之间产生温度梯度。正是这种自我产生的温度梯度导致了沿着对称轴方向的自我推进。在这篇文章中，我们看看这样一个系统的取向动力学，以及随后的增强平移扩散在晚些时候。从模拟测量的对称轴的取向相关性，并提供了一个直接访问的旋转扩散常数。加热导致胶体的旋转扩散率增加。我们量化这种增加的旋转扩散对温度差的两面神球的两极，以及平均表面温度差从周围的fluid.We表明，后来的量化是更好的，并导致数据崩溃的微观相互作用的不同选择。还测量了不同润湿参数选择下的平均推进速度。自我推进的方向性取决于微观相互作用。我们表明，每当有吸引力的相互作用的胶体与溶剂被关闭，泳动的变化标志。此外，对于低于某个阈值的加热，推进速度为零。最后，我们结合测量的推进速度和旋转扩散时间来估计粒子的长时间扩散系数的增强。
2018-06-25 cond-mat.soft
From Clarkia to Escherichia and Janus: the physics of natural and synthetic active colloids
活性胶体是从其环境中吸收自由能并利用该能量进行内在非平衡活动（如生长、复制和自我推进运动）的颗粒悬浮液。活性胶体的一个明显的例子是细菌的悬浮液，如大肠杆菌，它们的物理尺寸几乎总是在胶体范围内。合成的自推进颗粒最近也变得可用，例如双面或Janus，通过在其表面上的不同化学反应驱动自泳运动而推进的颗粒。在这些讲座中，我给一个教学介绍的物理学的单粒子和集体性质的活性胶体，重点是自我推进。我将比较和对比“游泳者”悬浮液中的现象与被动粒子悬浮液的行为，在被动粒子悬浮液中只有布朗运动（由罗伯特·布朗在野花{ \it Clarkia pulchella}花粉的颗粒中发现）是相关的。我将特别关注与使用这些活性颗粒悬浮液进行实验有关的问题，例如如何确定悬浮液的游泳速度分布，并包括一个附录，以指导物理学家开始培养能动细菌。
2013-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Coarse Graining Nonisothermal Microswimmer Suspensions
我们研究了悬浮自热泳微泳者的粗粒度模型。在加热时，Janus球体，与由不同材料制成的半球，诱导非均匀的局部溶剂温度，导致自泳粒子推进。从原子的分子动力学模拟，我们验证了粗粒度的描述流体的局部分子温度场，其作用的粒子的热泳自推进和热布朗运动。后者由有效非平衡温度控制，有效非平衡温度通过限制粒子的位置和取向从模拟中测量。理论上，它们仍然是相关的任何进一步的空间粗粒化对整个悬浮液作为一个均匀的复杂流体的流体动力学描述。
2021-02-19 cond-mat.soft
Light-responsive active particles in a thermotropic liquid crystal
本文首次在热致液晶5CB中利用光热Janus粒子诱导局部向列-各向同性相变实现自推进，并通过考虑各向异性粘度和粘弹性的模型解释了不同光强下的粒子运动行为。
2024-05-07 cond-mat.soft
Shape-dependent guidance of active Janus particles by chemically patterned surfaces
自泳Janus粒子通过诱导-通过在其表面上发生的非平衡化学反应-改变它们浸入其中的溶液的化学成分来移动。这个过程导致沿着颗粒表面的化学成分梯度，以及沿着任何附近的边界，包括固体壁。沿壁的化学梯度可引起化学渗透，即，梯度驱动表面流动，表面流动又驱动溶液体积中的流动。这种整体流动耦合回颗粒，从而有助于其自我运动。由于化学渗透强烈地依赖于扩散分子种类和壁之间的分子相互作用，由颗粒诱导和经历的响应流编码关于壁的任何化学图案化的信息。在这里，我们扩展了以前的研究在一个化学图案化的墙壁附近的球的自泳的情况下，细长形状的颗粒。我们集中我们的分析可能出现的新的现象学的耦合-这是一个球形的细长颗粒的化学渗透流的应变率张量。通过数值计算，我们表明，一个棒状粒子的动力学表现出一种新的“边跟踪”的稳态：粒子平移沿化学步骤的边缘在一个稳定的距离的步骤，并具有稳定的取向。在一定的系统参数范围内，边缘跟随状态与“停靠”状态共存（粒子在台阶处停止，定向为垂直于台阶边缘），即，一个不稳定的动态发生。这些研究结果是合理化的结果之间的竞争的流体涡度和应变率通过使用分析理论的基础上捕获准定量的动态系统的点粒子近似。
2017-11-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Motion of an active particle in a linear concentration gradient
Janus粒子通过沿其表面产生局部切向浓度梯度来自推进。这些梯度存在于与颗粒尺寸相比厚度较小的薄层中。沿表面的化学不对称性是产生切向化学梯度的先决条件，切向化学梯度在颗粒周围的薄区域中引起扩散渗透流。这导致颗粒表面上的有效滑动。这种滑移导致观察到的自由悬浮颗粒的“游动”运动，即使在没有外部施加的浓度梯度的情况下。的感觉和响应外部化学梯度，目前的工作旨在发展一个理论框架来研究的Janus粒子在外部施加的线性浓度梯度的运动。外部梯度与自生浓度梯度一起决定了粒子的游动速度和方向。这些效应中的每一个的主导作用由无量纲活动数A表征。将Janus粒子表面模拟为具有不同的活度系数和迁移率系数，利用Lorentz互等定理，得到了旋转速度和平移速度的解析表达式。的分析框架，帮助我们划分的参数空间的表面活性和流动性的粒子表现出不同的轨迹的四个区域。
2021-02-09 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Self-generated gradients stabilize the hydrodynamic instabilities in active suspensions
在极地游泳者的主动悬浮液中出现的有序相处于长波流体动力学介导的不稳定性下。在这封信中，我们表明，溶解在水悬浮液中的化学分子，作为大多数湿活性系统的不可避免的一部分，可以介导长程相互作用，随后稳定有序相。活悬浮液中的化学引诱剂和在合成Janus悬浮液中产生泳动力的溶解分子使人联想到这样的分子。游泳者之间通过个体游泳者产生的这种化学物质的梯度进行的交流是这种稳定机制的基础。为了对这种主动系统的稳定状态进行分类，我们研究了两类具有动量守恒和非守恒动力学的系统的详细相图。我们的线性稳定性分析显示了稳定机制如何适用于具有不同动力学特性的游泳运动员，例如，推动器或拉动器，并且具有各种静态特性，例如，球形、扁球形或长球形几何形状。
2018-07-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Minimal numerical ingredients describe chemical microswimmers's 3D motion
本研究提出一个粗粒化耗散粒子-流体动力学模型，通过水动力相互作用、重力及质量与形状不对称的竞争平衡，成功重现化学微型游泳者的复杂3D运动，为合成可控微型游泳者提供通用框架。
2023-07-30 cond-mat.soft
Active dipole clusters: from helical motion to fission
有限粒子团簇的结构通常由总能量最小化决定。在这里，我们考虑的情况下，软球偶极子的集群变得活跃，即当单个粒子沿其偶极矩表现出额外的自推进。我们数值求解了软球偶极子在溶剂中的过阻尼运动方程。从一个初始的亚稳态偶极团簇开始，自推进产生了复杂的团簇动力学。最终的团簇状态通常具有与初始状态大不相同的结构，具体结构取决于模型参数和如何开启自推进的协议。团簇的质心沿螺旋路径移动，其细节由团簇的初始磁化决定。瞬间转换到高自我推进导致集群的裂变。然而，如果自我推进缓慢地增加到高强度，裂变就不会发生。我们的预测可以通过实验与自泳胶体Janus粒子和宏观自推进偶极子在一个高粘度溶剂中得到验证。
2015-05-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hunting active Brownian particles: Learning optimal behavior
我们数值研究了活跃的布朗粒子，可以通过一小部分的行动（切换他们的运动和转向左或右相对于一些方向），这是最近的实验与胶体自推进Janus粒子的动机，以响应环境的线索。我们采用强化学习来找到粒子状态和这些动作之间的最佳映射。具体来说，我们首先考虑一个捕食者-猎物的情况下，猎物粒子试图避免捕食者。作为奖励的平方距离的捕食者，我们讨论了三个状态动作集的优点，并表明，远离捕食者是最成功的策略。然后，我们删除的捕食者和雇用集体奖励的信号分子渗出的所有粒子的局部浓度，并表明，对齐的浓度梯度导致趋化崩溃成一个单一的集群。我们的结果为获得活性物质中的局域相互作用规则和设计集体态提供了一条很有前途的途径。
2021-11-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Synthetic Chemotaxis and Collective Behavior in Active Matter
概要：在化学梯度中导航的能力，称为趋化性，对微生物的生存至关重要。它使它们能够找到食物并逃离毒素。许多微生物可以产生它们自己响应的化学物质，并使用趋化性来发出信号，这可以被视为一种基本的通信形式。值得注意的是，过去的十年已经发展了合成的微型游泳者，例如自泳Janus胶体，它可以通过溶剂自推进，类似于细菌和其他微生物。其自我推进的机制涉及某些化学物质的生产。参与自我推进机制的相同化学物质也作用于其他微型游泳者，并使其游泳方向偏向（或远离）生产微型游泳者。因此，合成的微泳者提供了一种合成的类似物，以趋化运动的微生物。当这些相互作用是有吸引力的，它们通常会导致集群，即使在低粒子密度。这些集群可能会继续向macrophase分离，类似Dictyosteoblasts聚集，或者，如最近所示，导致动态集群的自限大小（动态集群），如在实验中看到的自泳Janus胶体。除了经典的情况下，化学相互作用是有吸引力的，这个帐户讨论，作为其主要重点，排斥化学相互作用，它可以创建一个新的和鲜为人知的途径，斑图形成在活性系统导致各种图案，包括集群的化学物质，行波和更复杂的不断重塑模式的外壳包围。在所有这些情况下，“合成信号”可以至关重要地决定合成的微型游泳者集合的集体行为，并可以用作设计原则，以创建能动活性颗粒的图案。
2018-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Phase Behavior and Dynamics of Active Brownian Particles in an Alignment Field
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Indian Institute of Technology, Bhubaneswar（布巴内斯瓦尔印度理工学院）
通过计算机模拟研究二维均匀定向场中自驱动布朗粒子的相行为与动力学，计算气液共存相边界及临界指数，发现其不属于2D Ising普适类，并表征了旋节线分解动力学。
2024-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tuned, driven, and active soft matter
软物质系统的一个特征是它们对外部刺激的强烈反应。因此，它们相对容易地被赶出它们的基态和平衡，这导致了它们许多迷人的性质。在这里，我们回顾说明性的例子。这篇评论是由从平衡基态的距离增加。在每一个层次上，考虑增加复杂程度的例子。详细地说，我们首先考虑的系统是准静态调谐或切换到一个新的状态，通过施加外部字段。这些是常见的液晶、液晶弹性体或铁凝胶和磁性弹性体。接下来，我们集中在系统稳定地从外部驱动，例如由一个强加的流场。在我们的情况下，我们审查的反应的非线性液晶，散装填充周期性调制的结构，如嵌段共聚物，和本地化的泡状物体施加的剪切流。最后，我们关注的是“主动”和“自我驱动”的系统。在这里，我们的范围从理想化的自推进点粒子，通过空间相互作用的粒子，如颗粒料斗，通过微型游泳者，如自发光驱动的人工Janus粒子或生物微生物，通过可变形的自推进粒子，如液滴，直到昆虫，鱼类和鸟类的集体行为。正如我们所强调的，相似性出现在系统的特征和行为中，乍一看可能不一定相关。因此，我们希望我们的概述将进一步刺激寻找基本的统一原则，这些软材料的物理学的平衡基态。
2015-01-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
