受限空间中活性偏角粒子涡旋演生的研究

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活性体系广泛存在于自然界中的各个角落,小到细菌、分子马达细菌,大到兽群、鸟群、鱼群。活性粒子作为活性体系的基本组成单元,它可以从环境中汲取能量或者利用自身存储的能量驱动自身完成定向运动。由于这种独特的性质,活性粒子具备一系列独特、新奇的动力学行为,这些行为往往在热力学平衡体系中无法观察到,这也使得活性体系的研究成为物理、化学、生物等多学科交叉领域的热门问题。这些动力学行为包括超扩散(Super-Diffusion)、自发形成的涡旋(Vortex)、巨数涨落(Giant Fluctuaction)等。通过对活性体系的研究,研究者们试图去理解其复杂群体动力学行为的产生机理,并希望在此基础上去理解复杂体系的奥秘以及指导合成有用的功能材料。本文将活性体系作为研究对象,研究了活性体系中受限偏角粒子涡旋的演生。众所周知,受限空间对诸多活性体系中的群体动力学有着重大的影响。在本文中,我们研究了一个活性模型体系,该体系处于一个由偏角活性例子组成的圆形受限空间中。这里的偏角指的是活性力的方向与各向异性相互作用方向呈一定夹角。我们发现这些粒子可以自发地在边界附近形成两个旋转方向相反的同心涡旋。演生出的涡旋可以通过涡旋序参量进行衡量,并且显示出对偏角和各向异性相互作用强度的非单调依赖,也就是说只有适当大小的二者数值才能最大程度地促进涡旋的形成。我们的工作为这种新的动力学行为提供新的理解,并且为实现有序群体行为提供新的策略。
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