凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2025年1月2日
(v1)
,最后修订 2025年3月10日 (此版本, v2)]
标题: 活性布朗粒子在中等密度下的自扩散动力学
标题: Self-diffusive dynamics of active Brownian particles at moderate densities
摘要: 活性布朗粒子(ABP)模型已成为自推进粒子的原型。 ABP 以恒定速度$V$沿着一个方向移动,该方向通过旋转扩散缓慢变化,由系数$\Dr$表征。 持续运动加上随机重定向在长时间尺度上产生随机行走,对于二维空间中的孤立 ABP,其扩散系数由$D_0=V^2/(2\Dr)$给出。 在这里,我们使用最近提出的 ABP 动力学理论来研究密度对自扩散动力学的影响,在该理论中,持续碰撞被描述为在粒子上产生净位移。 在中间时间尺度上,许多碰撞已经发生,但示踪粒子的方向尚未改变,此时可以求解示踪粒子的洛伦兹动力学方程。 结果表明,由于碰撞,示踪粒子遵循一种有效的随机动力学,其特征是有效减少的流速$V_\text{eff}$和各向异性扩散,其系数显式地依赖于密度。 基于这一结果,提出了一种有效的理论和数值方法,其中浴中的粒子遵循基于局部密度的平均场相互作用的随机动力学。 最后,在大于$\Dr^{-1}$的时间尺度上,研究小波矢量处的范霍夫函数,结果表明示踪粒子表现出有效的扩散运动,其扩散系数为$D=V_\text{eff}^2/(2\Dr)$。 $V_\text{eff}$与密度的依赖关系表明,该动力学理论仅适用于面积分数小于 0.42 的情况,超过此限制会出现不合理的结果。
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