Giant Fluctuations in Self-Propelled Particles with Age-Dependent Switching
Faculty of Science, Bu-Ali Sina University（巴阿里·西纳大学理学院）
研究具有年龄依赖相位切换的自驱动粒子的输运和涨落特性，发现临界点处方差呈弹道标度并伴有对数修正，导致中心极限定理的边际失效。
2026-06-23 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Velocity modulus diffusion of self-propelled spherical and circular particles: A generalized Langevin approach
Universidad de Los Andes（安第斯大学）
本文提出了一种框架，用于描述在热流体中受约束的自推进布朗粒子的平均速度模，通过广义兰格vin方程研究了球和圆盘的动力学。
2026-09-15 cond-mat.stat-mech
Confined run and tumble particles with non-Markovian tumbling statistics
针对外势下等待时间非指数分布导致的非马尔可夫一维奔跑—翻滚粒子，提出基于位置依赖有效翻滚率的高效数值方法，获得完整稳态分布并涵盖小τ大偏差区域。
2024-04-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Escape kinetics of self-propelled particles from a circular cavity
本文数值研究了惯性主动布朗粒子从圆形腔体逃逸的平均出口时间，发现逃逸机制取决于热长度和自驱动长度与腔体尺寸的相对关系，并证明存在可最大化出口速率的最优自驱动持续长度。
2021-11-02 cond-mat.stat-mech
Symmetry properties of the large-deviation function of the velocity of a self-propelled polar particle
一个几何极性颗粒棒局限在2-D几何形状，受到正弦垂直振荡，经历嘈杂的自推进方向确定其极性。当它被一种由水晶球组成的介质所包围时，它的速度会出现相当大的负波动。我们发现，大偏差函数（LDF）的归一化速度是强烈的非高斯与扭结在零速度，反对称部分的LDF是线性的，类似的波动关系已知的熵产生，即使当速度分布是明显的非高斯。我们提取的相空间收缩率的模拟，并发现它比较以及与独立的估计的基础上的持久性的前进和反向速度。
2010-12-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Linear response and correlation of a self-propelled particle in the presence of external fields
利用Fokker-Planck方法研究了非相互作用的主动Ornstein-Uhlenbeck粒子（AOUP）在非均匀外场作用下的非平衡性质，重点研究了AOUP的线性响应和时间-关联函数.特别是，我们比较不同的方法来计算这些功能，包括统一色噪声近似（UCNA）。AOUP模型由粒子的位置和作用在其上的主动力来描述，通常被映射为马尔可夫过程，根据其位置和速度来描述虚构的被动粒子的运动，其中活动的影响被转换为位置相关的摩擦。我们表明，AOUP的响应函数的形式取决于我们是否把扰动的位置，并保持在原始变量的主动力不受扰动或扰动的位置，并保持在变换变量的速度不受扰动。实际上，由于变量的变化，位置上的扰动变成了位置和虚拟速度上的扰动。我们通过考虑三种类型的凸势：二次，四次和双阱势的响应来测试这些预测。此外，通过比较AOUP模型的响应与相应的响应的UCNA模型，我们得出结论，虽然平稳属性是相当不错的近似UCNA，非平衡属性不是，这是不可忽略的效果时，持续时间是大的。
2018-01-12 cond-mat.stat-mech
Brownian motion of a self-propelled particle
通过解析求解朗之万方程，研究了自推进粒子的过阻尼布朗运动。在平移和旋转扩散的顶部，在所提出的模型的上下文中，“活性”粒子沿着其内部取向轴被驱动。我们计算的前四个时刻的概率分布函数的位移作为时间的函数的球形粒子各向同性平移扩散以及各向异性椭球粒子。在这两种情况下，平移和旋转运动要么是无限制的，要么是限制在一维或二维。有限时间t处的显著非高斯行为由非零峰度表示。为了界定超扩散制度，这发生在中间的时间，两个时间尺度被确定。对于某些模型情况，可以观察到均方位移的特征t^3行为。将真实的和人造的微泳者（如细菌或催化驱动的Janus粒子）的动力学与我们的分析表达式进行比较，可以揭示它们的运动是否是布朗运动。
2010-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-Markovian closure kinetics of flexible polymers with hydrodynamic interactions
本文对流体动力学作用下聚合物的闭合动力学进行了理论分析。这种分析，它考虑到非马尔可夫动力学的端到端的向量，并依赖于移动张量（Zimm动态）的预平均，显示非常准确地再现完整的非线性动力学的数值模拟的结果。结果发现，马尔可夫治疗，基于Wilemski-Fixman近似，显着高估环化时间（高达2倍），显示的重要性，记忆效应的动态。此外，该分析提供了平均第一环化时间（MFCT）与聚合物尺寸$N$和捕获半径$b$的标度律，其在马尔可夫和非马尔可夫方法中是相同的。特别是，它被发现，大$N$的MFCT的缩放是由$T\sim N^{3/2}\ln (N/b^2)$，这不同于劳斯动力学的情况下，其中$T\sim N^{2}$。延伸的情况下的Zimm聚合物与外部目标在一个封闭的体积的单体的反应动力学。
2017-02-01 cond-mat.stat-mech
Markovian robots: minimal navigation strategies for active particles
我们探索最小的导航策略，主动粒子在复杂的，动态的，外部领域，引入一类自主的，自推进的粒子，我们称之为马尔可夫机器人（MR）。这些机器配备了导航控制系统（NCS），可以触发机器人自推进方向的随机变化。NCS的内部状态由采用两个值的布尔变量描述。这个布尔变量的时间动态是由一个封闭的马尔可夫链决定的--确保动态中没有固定点--其转换率可能完全取决于外部场的瞬时局部值。重要的是，NCS不会将该值的过去测量值存储在连续的内部变量中。我们发现，尽管有很强的约束，它是可以构思封闭的马尔可夫链图案，导致非平凡的运动行为的MR在一个，两个和三个维度。通过分析降低的NCS动态的复杂性，我们得到了一个有效的描述的MR的长时间运动行为，使我们能够确定的最低要求在NCS图案和过渡率的设计，以执行复杂的导航任务，如自适应梯度以下，检测最小值或最大值，或选择一个所需的值在一个动态的，外部领域。我们把这些想法在实践中组装一个机器人，建议的极简NCS操作，以评估MR的鲁棒性，提供了一个概念验证，可以通过复杂的信息景观导航与这样一个简单的NCS，其内部状态可以存储在一位。这些想法可能对小型机器人的工程设计有用。
2018-04-13 cond-mat.stat-mech
Active Ornstein-Uhlenbeck model for self-propelled particles with inertia
自推进粒子将能量转化为机械运动，如果它们具有宏观尺寸或在气体介质内移动，则表现出惯性，与浸没在粘性流体中的微米尺寸的过阻尼粒子相反。在这里，我们研究的主动Ornstein-Uhlenbeck模型，其中自推进描述的有色噪声，访问这些惯性效应的扩展。我们总结和讨论的粒子的均方位移和速度自相关函数的几个设置范围从一个自由粒子的各种外部影响，如线性或谐波电位和耦合到另一个粒子通过谐波弹簧的解析解。考虑到粒子的初始速度在非平稳设置中的特殊作用，我们观察到所有的动力学指数在0和4之间。在典型的惯性时间之后，由粒子的质量确定，结果固有地恢复到过阻尼粒子的行为，除了谐波限制系统，其中总位移由惯性增强。我们进一步考虑一个欠阻尼模型的活性粒子与时间相关的质量，这严重影响的位移在中间的时间制度。最引人注目的是，对于足够大的质量积累率，粒子的运动完全由惯性效应控制，因为它始终保持超扩散。
2021-08-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropic Ratchet transport of interacting active Brownian particles
相互作用的主动（自推进）布朗粒子的定向运输的数值研究在受限的几何形状（熵障碍）。自推进速度可以打破物质平衡，诱导定向输运。发现活性粒子之间的相互作用对棘轮输运有很大的影响。对于吸引粒子，随着相互作用强度的增加，平均速度先减小到最小值，然后增大，最后减小到零。对于排斥粒子，当相互作用很弱时，存在一个临界相互作用，在该临界相互作用下，粒子的平均速度最小，几乎趋于零;而对于强相互作用，粒子的平均速度与相互作用无关。
2015-05-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Control protocols for harmonically confined run-and-tumble particles
Institute for Complex Systems, CNR（复杂系统研究所，意大利国家研究委员会）
研究通过谐振约束下的跑- tumble 粒子模型，提出时变控制协议以实现系统状态转换，并分析最小工作量的最优策略。
2026-07-28 cond-mat.stat-mech
Emergence of oscillatory states of self-propelled colloids under optical confinement
Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）
研究光束作用下自驱动胶体的单粒子运动，发现其在接近固体表面时表现出准二维活性运动，并通过旋转反转形成稳定振荡态，提出包含非线性扭矩效应的最小现象模型解释其定向变化。
2025-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mean first-passage times of non-Markovian random walkers in confinement
首次通过时间（FPT）是随机过程理论中的一个关键量，定义为随机步行者到达限定区域中的目标点所需的时间。它的重要性来自于它在量化扩散限制反应、目标搜索过程或疾病传播等各种过程的效率方面的关键作用。大多数方法来确定有限域中的FPT属性已被限制到马尔可夫（无记忆）过程。然而，一旦随机步行者与环境相互作用，记忆效应就不能忽略。非马尔可夫动力学的例子包括狭窄通道中的单行扩散或示踪剂颗粒的运动，示踪剂颗粒附着在聚合物链上或在简单或复杂流体中扩散，例如向列相\cite{turiv2013effect}、致密软胶体或粘弹性溶液。在这里，我们介绍了一种分析方法来计算，在一个大的限制体积的限制，平均FPT的高斯非马尔可夫随机步行到一个目标点。的非马尔可夫特征的动态包含通过确定的随机步行者的轨迹在未来的第一次通过事件，这是统治FPT kinetic.This分析的统计特性是适用于广泛的随机过程，可能在很长的时间相关。我们的理论预测证实了几个例子的非马尔可夫过程的数值模拟，包括在一个或更高的维度的分数布朗运动的象征性的情况下。这些结果表明，在高斯过程的基础上，记忆效应的重要性，在首次通过统计的非马尔可夫随机游动在禁闭。
2017-01-24 cond-mat.stat-mech
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
First passage time distribution of active thermal particles in potentials
本文介绍了一种微扰方法来计算白噪声和有色噪声共同作用下一维随机过程的首达时间分布的所有矩。这类非马尔可夫过程是热活性物质研究的中心，热活性物质是受扩散影响的自推进粒子。关于马尔可夫过程的微扰理论认为，与热涨落相比，自推进的影响很小。为了说明我们的方法，我们将其应用到的情况下，活跃的热粒子（i）在一个谐波陷阱（ii）的环。对于这两种情况，我们都计算了第一次穿越时间的矩母函数的一阶修正，从而计算了它的所有矩。我们的分析结果进行了比较，数值。
2021-02-11 cond-mat.stat-mech
Polar order, shear banding, and clustering in confined active matter
我们通过理论和数值研究，揭示了简谐势中自推进粒子的集体行为，发现了剪切带涡旋、均匀涡旋和轨道极性态等极性有序相，并在低填充分数下观察到团簇分裂为多个刚体式公转的极化子团簇。
2023-12-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal Poisson statistics of a passive tracer diffusing in dilute active suspensions
本研究从第一性原理出发，通过微扰展开推导稀活性悬浮液中被动示踪粒子的统计特性，证明一阶密度下其服从空间Poisson过程，将多体动力学简化为两体相互作用，并解析解释了有色Poisson过程的起源。
2022-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transport of a self-propelled tracer through a hairy cylindrical channel: interplay of stickiness and activity
由马达蛋白辅助的生物分子的主动运输对于细胞活动的正常运作是必要的。受拥挤的细胞通道中的活性剂的扩散的启发，我们计算研究通过聚合物接枝的圆柱形通道的活性示踪剂的运输通过改变示踪剂的活性和示踪剂的粘性的聚合物。我们的研究结果表明，被动示踪剂表现出深刻的亚扩散，增加粘性，通过探索深入到接枝聚合物区，而纯粹的排斥一个更喜欢通过沿圆柱轴的通道创建的孔状空间扩散。相反，活性示踪剂显示更快的动力学和中间超扩散，即使示踪剂优先保持接近致密的聚合物区域。示踪剂径向位移概率密度分布中的尖峰进一步支持了这一观察结果。我们发现，活性在决定示踪剂通过狭窄通道的途径中起着重要的作用。有趣的是，增加活性会抵消粘性的影响。此外，van-Hove函数表明，活性示踪剂动力学偏离高斯性，偏离程度随着活性的增加而增加。我们的工作直接影响到如何有效的运输和交付货物可以通过一个有限的介质中的活动，相互作用和拥挤的相互作用。展望未来，这些因素对于理解人工自供电机器通过细胞通道导航和执行体内挑战性任务的机制至关重要。
2022-01-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuation-Dissipation Relations in Active Matter Systems
通过研究主动Ornstein-Uhlenbeck粒子（AOUP）模型的线性响应，研究了自推进粒子的非平衡特性。我们表示的线性响应在没有扰动的情况下计算的相关性，提出了一个特别紧凑和可读的波动耗散关系（FDR）：这样的表达式明确分离的平衡和非平衡的贡献，由于自推进。作为一个案例研究，我们考虑非相互作用AOUP限制在单阱和双阱势。在前一种情况下，我们还揭示了维度的影响，研究一维，二维和三维动力学。我们表明，从平衡的距离信息可以推导出FDR，证据的位置和速度变量的作用，在非平衡松弛。
2020-12-11 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium statistical mechanics of swarms of driven particles
作为细胞和有机体集体运动的一个粗略模型，我们在这里发展了自推进粒子群的统计力学。我们的方法与最近发展的主动布朗运动理论和正则耗散系统理论密切相关。研究了群体在外场中的自由运动和运动。简要地情况下的粒子被限制在一个环和相互作用的排斥力进行了研究。在更详细的研究中，我们调查的Morse型吸引力的自约束。我们从N = 2开始，讨论吸引子和分布函数，然后讨论N > 2的情况。对主动布朗粒子群与Morse力相互作用的几种动力学模式进行了模拟。特别是我们研究的旋转，漂移，波动的形状和团簇形成。
2003-07-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active escape dynamics: the effect of persistence on barrier crossing
本文研究了一个由色噪声驱动的、活动时间为$τ$的、受双势阱约束的非相互作用的活性粒子系统。该系统的一个直接应用是活性粒子的势垒穿越问题，该问题仅在小活性的限制下进行了研究。当$τ$足够大时，类平衡近似在势垒交叉区域中破裂。在所研究的模型中，出现了一种“负温度”区域，数值模拟证实了非凸局部速度分布的存在。我们建议，在大$τ$的限制，成功地预测了许多方面的数值结果的典型轨迹的近似方程。局部破坏的细致平衡和它的关系与最近的定义的非平衡热交换进行了讨论。
2018-12-17 cond-mat.stat-mech
First passage times in compact domains exhibit bi-scaling
该研究针对受限紧致过程的首次通过时间统计，提出适用于多种域、几何与游走类型的双标度理论，用短、长时间两个标度函数刻画全时间标度行为，挑战了单一时间标度的传统认知。
2025-03-20 cond-mat.stat-mech
Boundary shape engineering for the spatial control of confined active particles
针对活性粒子分布对容器边界敏感但缺乏通用几何控制理论框架的问题，提出基于辐射测量通量传递形式的边界方法，通过模拟验证预测并实现微藻空间控制，为粒子分布预测及容器形状设计提供方案。
2024-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Vortex reversal is a precursor of confined bacterial turbulence
本文通过实验、建模与解析理论，发现圆柱约束下细菌悬浮液随半径增大经历涡旋反转、四涡旋脉动到主动湍流的转变序列，并揭示涡旋反转源于前三个方位角模态的非线性相互作用。
2024-07-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Dynamics of a Brownian circle swimmer
当自推进粒子的驱动力与其传播方向不一致时，自推进粒子沿圆周运动而不是沿直线运动。例子包括受限的细菌和精子，催化驱动的纳米棒，活性，各向异性的胶体颗粒和振动颗粒。利用非哈密顿速率理论和计算机模拟，我们研究了封闭通道中布朗“圆泳者”的运动。滑动模式靠近墙壁导致一个巨大的加速度相比，散装运动，这可以进一步提高了一个最佳的有效扭矩-力比。
2008-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intrinsic non-Markovian magnetisation dynamics
University of Potsdam（波茨坦大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；University of Bern（伯尔尼大学）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH（柏林亥姆霍兹材料与能源中心有限公司）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯卡福斯卡里大学）；University of Exeter（埃克塞特大学）
本研究通过实验观察到结晶钴中的非马尔可夫磁化动力学，揭示了其在低温下的多峰光谱特征，并通过开放量子系统理论模拟验证了非马尔可夫效应的广泛适用性。
2026-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Mean first-passage time of an anisotropic diffusive searcher
考虑了一个各向异性针状布朗粒子，它具有限制在$2D$区域内的双对称性。对于这个系统，平移扩散和转动扩散的耦合使得粒子位置的过程${\bf x} (t)$为非马尔可夫过程。使用缩放参数，高斯近似和数值方法，我们确定的平均第一次通过时间$\langle\mathbf{T}\rangle$的粒子的半径$a$的目标，并显示特别是$\langle\mathbf{T}\rangle \sim a^{-1/2}$为$a\to 0$，在对比的情况下得到的各向同性$2D$布朗粒子的经典对数发散。
2017-02-01 cond-mat.stat-mech
Dynamical density functional theory for "dry" and "wet" active matter
在过去的50年里，平衡态密度泛函理论（DFT）已经被证明是一个强大的，通用的和预测的经典粒子的静力学和结构的方法。该理论可以推广到完全过阻尼布朗胶体粒子的非平衡动力学，进而发展为所谓的动力学密度泛函理论（DDFT）。DDFT的成功使其成为活性物质的第一性原理描述的一个有希望的候选者。在本讲座中，我们将首先概括经典的DDFT被动胶体颗粒通常由Smoluchowski方程描述。从Smoluchowski方程的DDFT的基本推导后，我们讨论了定向自由度和被动粒子的流体动力学相互作用的效果。这为我们将DDFT推广到活性物质提供了一个理想的位置。特别是，我们区分"干活性物质"，这是由自推进的颗粒，不包含周围溶剂的流体动力学流动效应和"湿活性物质"，其中所产生的流体动力学流场的microswimmer考虑。对于后者，DDFT是一种工具，它统一了热波动，直接粒子相互作用，外部驱动场和流体动力学效应所产生的内部自推进区分"推"和"拉"。一些最近的应用程序进行了讨论，包括短暂的集群的自推进杆和自发形成的流体动力泵在封闭的microswimmer。
2021-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-interacting random walks : aging, exploration and first-passage times
自相互作用随机游走被赋予了长程记忆效应，这种效应是从随机游走者在时间$t$与它在较早时间$t'<t$访问过的领土的相互作用中出现的。这类非马尔可夫随机游动有着广泛的应用，从昆虫到活细胞，其中随机游动者局部地改变其环境-沿着其路径留下足迹，并反过来响应自己的足迹。由于其固有的非马尔可夫性质，自相互作用随机游动的探索性质仍然难以捉摸。在这里，我们表明，长程记忆效应可以产生深刻的后果通用自相互作用的随机游动的动力学，它们可以诱导老化和非平凡的持久性和瞬态指数，我们确定定量，在无限和受限的几何形状。基于这种分析，我们量化的搜索动力学的自相互作用的随机游走，并表明，在一个封闭的域中的目标网站的首次通过时间（FPT）的分布采取普遍的缩放形式在大域的大小限制，我们定量表征。我们认为，有吸引力的自我相互作用诱导的记忆能力提供了一个决定性的优势，局部空间探索，而排斥性的自我相互作用可以显着加速全球探索的大域。
2021-09-27 cond-mat.stat-mech q-bio.QM
Anomalous diffusion for active Brownian particles cross-linked to a networked polymer: Langevin dynamics simulation and theory
定量地理解活性布朗粒子（ABP）与粘弹性聚合物环境相互作用的动力学是一个科学挑战。它是密切相关的几个跨学科的主题，如聚合物基质中的活性胶体的微观流变学和在体内的染色体或细胞骨架网络的非热动力学。本文基于Langevin动力学模拟和解析理论，对以ABP为中心交联剂的星型功能性聚合物$f$的粘弹性活性体系进行了深入的研究。我们观察到，ABP交联剂，尽管其自推进运动，达到了积极的亚扩散与缩放$\langleΔ\mathbf{R}^2(t)\rangle\sim t^α$与$α\leq 1/2$，通过从聚合物的粘弹性反馈。与直觉相反，当ABP由较大的推进速度驱动时，表观异常指数$α$变得较小，但与聚合物的官能度$f$或边界条件无关。我们提出了一个精确的理论，并表明，该运动的活性交联剂是一个高斯非马尔可夫过程，其特征在于两个不同的幂律位移相关。在中等P{é}clet数下，它似乎表现为具有Hurst指数$H=α/2$的分数布朗运动，而在高P{é}clet数下，聚合物环境中的自推进噪声导致均方位移（$\sim \ln t$）的对数增长和速度自相关衰减为$-t^{-2}$。我们证明了活性交联剂的异常扩散是精确描述的分数朗之万方程与两个不同的随机噪声。
2020-08-14 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Geometry-driven collective ordering of bacterial vortices
控制物质的相是一个挑战，从凝聚材料到生物系统。在这里，通过施加一个几何边界条件，我们研究控制大肠杆菌细菌的集体运动。圆形微孔将整流涡旋与大量掩蔽的无序涡旋隔离。对于成对的微孔，出现两个涡旋，但它们的旋转方向显示从平行到反平行的转变。一个类似Vicsek模型的约束自推进粒子给出了这样一个点，即两个自旋模式以相等的概率发生，一个几何量控制着实验中看到的过渡。该机制在四组微孔中形成包括手性构型在内的丰富图案，从而揭示了主动涡旋的设计原理。
2017-08-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pressure and Flow of Exponentially Self-Correlated Active Particles
微观游动粒子，消耗能量执行持久的定向运动，是非平衡系统的一个经典例子。本文研究了非相互作用的Ornstein-Uhlenbeck粒子（OUP），它是由一个在有限时间内相关的力推动通过粘性介质。我们获得了一个精确的表达式的稳态相空间密度的一个单一的OUP限制的二次电位，并使用结果来探索更复杂的几何形状，无论是通过解析近似和数值模拟。在一个“Casimir”式的设置，涉及两个窄间距的墙壁，我们描述了一个粒子捕获现象，这导致了一个排斥有效的墙壁之间的相互作用，而在一个二维的环形几何形状，我们观察到的净应力类似的拉普拉斯压力。
2018-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics and steady states of a tracer particle in a confined critical fluid
研究了点状示踪粒子在受限临界流体中的动力学和稳态问题。流体是模拟场理论的序参量（浓度或密度场）服从耗散或保守的平衡动力学和（非）破环边界条件。示踪剂表示，例如，胶体颗粒通过局部改变其化学势或其相关性而与流体相互作用。示踪剂和流体之间的耦合产生了一个非线性和非马尔可夫示踪剂动力学，这是研究在这里解析和通过数值模拟的一维系统。从示踪剂-流体系统的耦合朗之万方程出发，通过绝热消去和弱耦合近似下的微扰理论，推导出示踪剂的有效福克-普朗克方程。有效的示踪剂动力学被发现是由波动引起的（Casimir）的潜力，空间依赖的流动性，和空间依赖的（乘法）噪声，其特性取决于相互作用和边界条件。示踪剂的稳态分布通常是不均匀的。值得注意的是，当细致平衡被打破时，时间相关噪声的驱动可以引起示踪剂朝向边界的有效吸引。
2022-12-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Virial pressure in systems of active Brownian particles
本文通过理论推导与模拟研究了球形活性布朗粒子（ABP）悬浮液的压强，利用维里定理得出包含理想气体压强、游动压强和粒子间作用力的压强表达式，并发现受限系统压强依赖壁面作用，而周期性边界系统中压强-浓度依赖性随活性增强呈非单调变化并引发相变。
2015-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motor-driven Dynamics of Cytoskeletal FIlaments in Motility Assays
我们分析模型的动态细胞骨架丝的运动性测定。长丝被描述为在两个维度上自由滑动的刚性杆。马达蛋白由拴在平面上的聚合物尾部和结合在细丝上的马达头部组成，并模拟为线性弹簧。在刚性和软双态电机的相关模型中，电机头部的绑定/非绑定动力学和电机尾部施加的负载上的过渡速率的依赖性在控制灯丝的动力学中起着至关重要的作用。我们的工作表明，长丝有效地表现为一个自推进杆在很长一段时间，但与非马尔可夫噪声源所产生的耦合到电机绑定/解绑定动态。根据微观电机和灯丝参数计算了灯丝的有效推进力和各种摩擦和扩散常数的主动重整化。这些量可以通过光学力显微镜来探测。
2011-06-10 cond-mat.stat-mech q-bio.QM
Active Brownian Equation of State: Metastability and Phase Coexistence
作为自推进和排斥体积相互作用之间的竞争的结果，纯排斥的自推进球形颗粒经历运动诱导相分离（MIPS）。我们进行了系统的计算研究，考虑到几个相互作用的潜力，系统限制硬墙或周期性的边界条件，和不同的初始协议。这种方法使我们能够确定，尽管其非平衡性质，活性布朗粒子（ABP）的状态方程跨越MIPS验证一阶液-气相变的特性，这意味着，一旦成核障碍已被克服，在相反的情况下，在过渡周围的滞后，只要系统保持在亚稳区的共存相的压力相等。我们的研究结果表明，ABPs的状态方程定量地解释了它们的相行为，提供了坚实的基础来描述MIPS作为一个平衡的相变。
2017-03-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Exact Hamiltonian Dynamics of Rare Events in Active Matter
Sapienza Università di Roma（罗马第一大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione Roma 1（意大利国家核物理研究所，罗马一分部）
本文通过将非马尔可夫最优路径映射为哈密顿系统，为活性物质中的稀有事件提供了精确的动力学描述，并揭示了非零能量下的闭合周期轨道这一独特特征。
2026-09-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active particle in one dimension subjected to resetting with memory
本文研究一维活性粒子在带记忆优先重访重置下的扩散行为，精确推导位置分布与方差，并揭示从短时弹道到大时对数增长及对数时间标度大偏差的交叉机制。
2024-05-06 cond-mat.stat-mech
Multiscale perturbative approach to active matter with motility regulation
University of Geneva（日内瓦大学）
本文提出了一种适用于干标量活性物质的粗粒化方法，基于逆柯尔莫戈洛夫方程的多尺度扰动展开，无需特定微观动力学，可研究不同运动调节形式，并扩展到非马尔可夫方向动力学。
2026-04-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Aging and rejuvenation of active matter under topological constraints
主动的、自运动的粒子与拓扑约束的耦合可以产生新的非平衡动力学模式，这种模式缺乏任何被动的对应物。在这里，我们研究的行为自推进杆局限于一个紧凑的球形流形的布朗动力学模拟。我们建立的状态图，并发现，在足够高的密度短的活性棒表现出玻璃化转变的无序状态，其特征在于持续的自旋转运动。通过周期性地熔化和再生球形旋转玻璃，我们观察到了时间依赖性老化和再生物理学的清晰特征。我们量化的关键作用，在这些非平衡过程中的活动，并合理化的老化动力学方面的吸收状态过渡到一个更稳定的活性玻璃态。我们的研究结果表明，被动玻璃现象学的概念如何可以结转到领域的活性物质，以及如何拓扑结构可以丰富集体时空动态固有的非平衡系统。
2018-08-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Noisy pursuit by a self-steering active particle in confinement
本文理论与模拟研究了受限空间中自转向活性粒子追逐静止目标的行为，发现追逐者-目标距离存在基于 Peclet 数和机动性的普适标度，转向引入恒定平均距离区间，受限则显著影响推进方向并导致对受限强度高度依赖的标度。
2023-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Brownian Particle and Random Walk Theories of the Motions of Zooplankton: Application to Experiments with Swarms of Daphnia
主动布朗粒子是在耗散介质中受随机力或噪声影响的自推进粒子。此外，它们可以被外部场限制和/或它们可以彼此相互作用。外场实际上可能是一个有吸引力的标记，例如光场（如实验中）或能势或化学梯度（如理论中）。势能也可以是粒子间吸引力和/或排斥力在所有粒子上相加的结果（平均场势）。第四，粒子的不同性质的运动是可能的：在小的粒子密度下，它们的运动近似彼此独立，只受外场和噪声的影响，这导致随机移动或围绕空间中心点进行旋转运动。随着密度的增加，相互作用起着重要的作用，个体形成一个群体，进行几种类型的自组织集体运动。我们应用这个模型的浮游动物水蚤群的描述。在浮游动物水蚤（可能还有许多其他形成类似运动的水生动物）的情况下，这种漩涡是流体动力学的，但由个体的自我推进运动驱动。类似的旋涡运动也被观察到，从细菌到鸟群和鱼群，大小不等。然而，我们对水蚤的实验是独一无二的，因为所有四种运动都可以在受控的实验室条件下观察到。此外，该理论，在连续微分方程和随机行走的形式，提供了一个定量的，物理为基础的解释的四个运动。
2004-04-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Confinement-driven state transition and bistability in schooling fish
通过红鼻剪刀鱼实验，发现限制密度控制鱼群从极化到旋转状态的连续转变，并表现出可用两状态马尔可夫过程描述的双稳态，为受限活性物质模型提供实验基准。
2024-07-25 cond-mat.stat-mech nlin.AO
Non-reciprocal interactions drive emergent chiral crystallites
本文研究了一种新型二维活性材料，通过非互易相互作用耦合破缺对称性场，使无手性活性胶体自组织形成自发旋转的手性晶体相，揭示了非平衡系统中手性涌现的机制。
2025-01-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamical Density Functional Theory For Microswimmers
动力学密度泛函理论（DDFT）已经成功地被导出并应用于描述一方面被动的胶体悬浮体，包括单个颗粒之间的流体动力学相互作用。另一方面，积极的“干”人群的自推进粒子的特点是使用DDFT。在这里，我们更进一步，将这两种方法结合起来。我们建立了一个DDFT的主动微游泳悬浮液。为此，简单的极小模型microswimmer的介绍。这些微型游泳者通过使周围的流体运动来自我推进。它们通过其主动自诱导流体流动和通过共同的“被动”流体动力学相互作用而彼此流体动力学地相互作用。一个有效的软位阻斥力也被考虑在内。我们从常见的统计方法开始推导DDFT。然后，我们的DDFT测试和应用的特征悬浮液的microswimmer的运动被限制在一个平面内的三维体相流体。此外，游泳者受到径向对称的捕获势的限制。在一定的参数范围内，我们发现旋转对称性破缺结合形成的“流体动力学泵浦状态”，这是以前在文献中观察到的结果，粒子为基础的模拟。一个额外的不稳定性，这种泵浦状态被揭示。
2016-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How does a flexible chain of active particles swell?
通过解析理论和计算机模拟研究了由活性颗粒组成的柔性线性链的膨胀。三种不同的情况被认为是：一个自由的链，一个链局限于外部谐波陷阱，并在一端拖动链。首先，我们考虑一个理想链与谐波弹簧和没有排除体积之间的单体。聚合物的劳斯模型推广到自推进单体的情况下，并解析求解。溶胀，其特征在于链的空间延伸，与单体数的比例定义的弗洛里指数$ν$，这是$ν=1/2, 0, 1$在三种不同的情况。结果表明，活性并不改变Flory指数，但影响标度律的前因子。这可以通过将系统映射到具有更高有效温度的平衡链上来定量地理解，使得链在自推进强度的增加下膨胀。然后，我们使用计算机模拟来研究自回避对活性聚合物溶胀的影响。在三种不同的情况下，弗洛里指数现在是$ν= 3/4, 1/4, 1$，并且在自推进下再次不变。然而，链增长表现出非单调的自推进强度。
2015-03-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Identifying the signatures of residual activity in harmonically bound active Brownian dynamics
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究谐波束缚活性布朗粒子动力学，通过解析计算和数值模拟，分析不同活性下多种动力学指标变化，识别谐波约束阻碍后残余活性特征，揭示不同位置分布 regime 中动力学受残余活性影响的情况。
2026-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
