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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2509.02386 (cond-mat)
[提交于 2025年9月2日 ]

标题: 自推进活性向列相

标题: Self-propulsive active nematics

Authors:Niels de Graaf Sousa, Simon Guldager Andersen, Aleksandra Ardaševa, Amin Doostmohammadi
摘要: 越来越多的证据表明,活性物质表现出混合对称性的实例,这些实例无法仅通过极性或向列态的形式主义来完全描述。 在这里,我们引入了一个最小模型,将自推进整合到活性向列框架中。 我们的线性稳定性分析揭示了自推进如何改变不稳定性开始的条件,从根本上改变了动力学景观。 数值模拟验证了这些预测,显示自推进引发了反超均匀涨落、涡度中的异常长程有序以及非普遍的自相似能量级联。 值得注意的是,这些长程有序态在进入 flocking 状态的转变之前,就出现在活性湍流区域中。 此外,我们的分析强调了自组织与自推进之间的非单调依赖关系,最优状态由相关长度的峰值特征化。 这些发现对于理解自推进的活性向列系统,如迁移细胞层或群体细菌具有重要意义,并为设计具有定制集体行为的合成系统提供了新途径,弥合了活性向列系统与自推进系统之间的差距。
摘要: Increasing evidence suggests that active matter exhibits instances of mixed symmetry that cannot be fully described by either polar or nematic formalism. Here, we introduce a minimal model that integrates self-propulsion into the active nematic framework. Our linear stability analyses reveal how self-propulsion shifts the onset of instability, fundamentally altering the dynamical landscape. Numerical simulations confirm these predictions, showing that self-propulsion induces anti-hyperuniform fluctuations, anomalous long-range order in vorticity, and non-universal self-similar energy cascades. Notably, these long-range ordered states emerge within the active turbulence regime well before the transition to a flocking state. Additionally, our analyses highlight a non-monotonic dependence of self-organization on self-propulsion, with optimal states characterized by a peak in correlation length. These findings are relevant for understanding of active nematic systems that self-propel, such as migrating cell layers or swarming bacteria, and offer new avenues for designing synthetic systems with tailored collective behaviours, bridging the gap between active nematics and self-propulsive systems.
评论: 被《哲学汇刊A》收录,生物活性流体:新兴方向专刊
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft)
引用方式: arXiv:2509.02386 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2509.02386v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.02386
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Niels De Graaf Sousa [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 9 月 2 日 14:51:15 UTC (9,774 KB)
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