理论物理所在活性物质研究上取得进展

  “活性物质”是利用外部输入能量实现自驱动(细菌等)或者对外做功(纤毛等)的活性单元的统称。在活性物质中,有一类系统在受到外部操控(如磁场,光场等)时,可以呈现非常有趣的例如成团等的集体行为。

 

  近日,中国科学院理论物理研究所孟凡龙副研究员同德国马克思普朗克自组织研究所Ramin Golestanian教授和Benoit Mahault博士,以及日本大阪大学Daiki Matsunaga助理教授合作,利用构建解析理论和朗之万动力学模拟的方法,发现微流管道内的磁性微观游泳体可以呈现奇异的类似于量子系统中玻色-爱因斯坦凝聚形式的集体运动模式。通过定义系统有效温度(依赖于系统实际温度,游泳体尺寸,游泳体活性以及外部磁场强度等),他们发现当系统有效温度低于某临界值 Tc 时,游泳体在管道内的径向分布有两部分组成:(1)Lambert W函数形式的连续型分布,和(2)管道的径向中心处δ函数型分布。而符合δ函数型分布的游泳体比例(凝聚比例)符合玻色-爱因斯坦凝聚形式,φ ~ 1 - Teff/Tc,同时系统内能和压强等热力学量也呈现和玻色-爱因斯坦凝聚类似的标度形式。另外,他们提供了此系统中磁性微观游泳体可呈现的集体行为模式的相图(径向聚集,轴向成团和径向凝聚)。

  

 

此工作不仅丰富了人们对多体相互作用下的活性物质系统所能呈现的集体行为模式的认识,同时对磁性微观游泳体或磁性微观机器人在微流环境中的应用具有一定的指导意义。

 

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  https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.078001