Активная материя
| Часть серии о |
| Движение микробов и микроботов |
|---|
 |
| Микропловцы |
| Молекулярные моторы |
Активная материя — это материя, состоящая из большого количества активных «агентов», каждый из которых потребляет энергию для движения или приложения механических сил. [1] [2] [3] [4] Такие системы по своей природе находятся вне теплового равновесия . В отличие от тепловых систем, релаксирующих к равновесию, и систем с граничными условиями, создающими устойчивые токи, системы активной материи нарушают симметрию обращения времени, поскольку энергия постоянно рассеивается отдельными компонентами. [5] [6] [7] Большинство примеров активного вещества имеют биологическое происхождение и охватывают все уровни живого: от бактерий и самоорганизующихся биополимеров, таких как микротрубочки и актин (оба являются частью цитоскелета живых клеток), до косяков рыб. и стаи птиц. Однако большая часть текущих экспериментальных работ посвящена синтетическим системам, таким как искусственные самодвижущиеся частицы . [8] [9] [10] Активная материя — относительно новая классификация материалов в мягкой материи : наиболее широко изученная модель, модель Вичека , датируется 1995 годом. [11]
Исследования активной материи сочетают аналитические методы, численное моделирование и эксперименты. Известные аналитические подходы включают гидродинамику , [12] кинетическая теория и неравновесная статистическая физика . Численные исследования в основном включают модели самодвижущихся частиц . [13] [14] использование агентных моделей, таких как алгоритмы молекулярной динамики или модели решеточного газа , [15] а также численные исследования гидродинамических уравнений активных жидкостей . [12] Эксперименты на биологических системах проводятся в широком диапазоне масштабов, включая группы животных (например, птичьи стаи , [16] стада млекопитающих, косяки рыб и стаи насекомых [17] ), бактериальные колонии , клеточные ткани (например, эпителиальной ткани, слои [18] рост рака и эмбриогенез), компоненты цитоскелета (например, анализы подвижности in vitro , актин-миозиновые сети и филаменты, управляемые молекулярным мотором). [19] ). Эксперименты с синтетическими системами включают самодвижущиеся коллоиды (например, форетически движущиеся частицы [8] [20] ), движущиеся гранулированные вещества (например, вибрированные монослои [21] ), роящиеся роботы и ротаторы Квинке.
Концепции активной материи
- Активные гели
- Плотное активное вещество
- Коллективное движение
- Разделение фаз, вызванное подвижностью
- Школьность , стайка и роение
- Активный стресс
- Нарушенная гипероднородность
Системы активной материи
- Биологические ткани
- Субклеточная и клеточная механика
- Поведение толпы
- Самодвижущиеся частицы и коллоиды
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Рамасвами, Шрирам (1 января 2010 г.). «Механика и статистика активной материи». Ежегодный обзор физики конденсированного состояния . 1 (1): 323–345. arXiv : 1004.1933 . Бибкод : 2010ARCMP...1..323R . doi : 10.1146/annurev-conmatphys-070909-104101 . S2CID 55500360 .
- ^ Маркетти, MC; Джоанни, Дж. Ф.; Рамасвами, С.; Ливерпуль, ТБ; Прост, Дж.; Рао, М.; Адита Симха, Р. (2012). «Гидродинамика мягкого активного вещества». Обзоры современной физики . 85 (3): 1143–1189. arXiv : 1207.2929 . Бибкод : 2013РвМП...85.1143М . дои : 10.1103/RevModPhys.85.1143 .
- ^ Бехингер, Клеменс; Ди Леонардо, Роберто; Лёвен, Хартмут; Райххардт, Чарльз; Вольпе, Джорджио; Вольпе, Джованни (23 ноября 2016 г.). «Активные частицы в сложных и густонаселенных средах» . Обзоры современной физики . 88 (4): 045006. arXiv : 1602.00081 . Бибкод : 2016RvMP...88d5006B . дои : 10.1103/RevModPhys.88.045006 .
- ^ Боуик, Марк Дж.; Фахри, Никта; Маркетти, М. Кристина; Рамасвами, Шрирам (11 февраля 2022 г.). «Симметрия, термодинамика и топология активной материи» . Физический обзор X . 12 (1): 010501. doi : 10.1103/PhysRevX.12.010501 .
- ^ Наджафи, Али; Голестанян, Рамин (16 июня 2004 г.). «Простой пловец с низким числом Рейнольдса: три связанных сферы» . Физический обзор E . 69 (6): 062901. arXiv : cond-mat/0402070 . Бибкод : 2004PhRvE..69f2901N . дои : 10.1103/PhysRevE.69.062901 .
- ^ Бертье, Людовик; Курчан, Хорхе (7 июня 2019 г.). «Лекции по неравновесным активным системам». arXiv : 1906.04039 [ cond-mat.stat-mech ].
- ^ Кейтс, Майкл Э.; Тайлер, Жюльен (2 января 2015 г.). «Разделение фаз, вызванное подвижностью». Ежегодный обзор физики конденсированного состояния . 6 : 219–244. arXiv : 1406.3533 . Бибкод : 2015ARCMP...6..219C . doi : 10.1146/annurev-conmatphys-031214-014710 . S2CID 15672131 .
- ^ Jump up to: а б Хауз, Джонатан Р.; Джонс, Ричард А.Л.; Райан, Энтони Дж.; Гоф, Тим; Вафабахш, Реза; Голестанян, Рамин (27 июля 2007 г.). «Самоподвижные коллоидные частицы: от направленного движения к случайному блужданию» . Письма о физических отзывах . 99 (4): 048102. arXiv : 0706.4406 . Бибкод : 2007PhRvL..99d8102H . doi : 10.1103/PhysRevLett.99.048102 . ПМИД 17678409 .
- ^ Брикар, Антуан; Коссен, Жан-Батист; Дерёмо, Николя; Дошо, Оливье; Бартоло, Денис (6 ноября 2013 г.). «Появление макроскопического направленного движения в популяциях подвижных коллоидов» . Природа . 503 (7474): 95–98. arXiv : 1311.2017 . Бибкод : 2013Natur.503...95B . дои : 10.1038/nature12673 . ПМИД 24201282 . S2CID 1174081 . Архивировано из оригинала 1 февраля 2024 года . Проверено 3 мая 2024 г.
- ^ Теркауф, И.; Коттен-Бизон, К.; Палаччи, Дж.; Иберт, К.; Боке, Л. (26 июня 2012 г.). «Динамическая кластеризация в активных коллоидных суспензиях с химической передачей сигналов». Письма о физических отзывах . 108 (26): 268303. arXiv : 1202.6264 . Бибкод : 2012PhRvL.108z8303T . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.268303 . ПМИД 23005020 . S2CID 4890068 .
- ^ Вичек, Т. ; Чирок, А.; Бен-Джейкоб, Э.; Коэн, И.; Шошет, О. (1995). «Новый тип фазового перехода в системе самодвижущихся частиц». Письма о физических отзывах . 75 (6): 1226–1229. arXiv : cond-mat/0611743 . Бибкод : 1995PhRvL..75.1226V . дои : 10.1103/PhysRevLett.75.1226 . ПМИД 10060237 . S2CID 15918052 .
- ^ Jump up to: а б Тонер, Джон; Ту, Юхай; Рамасвами, Шрирам (1 июля 2005 г.). «Гидродинамика и фазы скоплений» (PDF) . Анналы физики . Специальный выпуск. 318 (1): 170–244. Бибкод : 2005АнФиз.318..170Т . дои : 10.1016/j.aop.2005.04.011 . Архивировано (PDF) из оригинала 7 апреля 2023 г. Проверено 03 мая 2024 г.
- ^ Вичек, Тамаш; Чирок, Андраш; Бен-Якоб, Эшель; Коэн, Инон; Шохет, Офер (7 августа 1995 г.). «Новый тип фазового перехода в системе самодвижущихся частиц». Письма о физических отзывах . 75 (6): 1226–1229. arXiv : cond-mat/0611743 . Бибкод : 1995PhRvL..75.1226V . дои : 10.1103/PhysRevLett.75.1226 . ПМИД 10060237 . S2CID 15918052 .
- ^ Шатэ, Хьюг; Джинелли, Франческо; Грегуар, Гийом; Рейно, Франк (18 апреля 2008 г.). «Коллективное движение самодвижущихся частиц, взаимодействующих без сцепления». Физический обзор E . 77 (4): 046113. arXiv : 0712.2062 . Бибкод : 2008PhRvE..77d6113C . дои : 10.1103/PhysRevE.77.046113 . ПМИД 18517696 . S2CID 30774878 .
- ^ Буссемакер, Хармен Дж.; Дойч, Андреас; Гейгант, Эдит (30 июня 1997 г.). «Анализ среднего поля динамического фазового перехода в модели клеточного автомата для коллективного движения» . Письма о физических отзывах . 78 (26): 5018–5021. arXiv : физика/9706008 . Бибкод : 1997PhRvL..78.5018B . дои : 10.1103/physrevlett.78.5018 . ISSN 0031-9007 . S2CID 45979152 .
- ^ Баллерини, М.; Кабиббо, Н.; Кандельер, Р.; Каванья, А.; Сисбани, Э.; Джардина, И.; Лекомт, В.; Орланди, А.; Паризи, Г. (29 января 2008 г.). «Взаимодействие, управляющее коллективным поведением животных, зависит от топологического, а не метрического расстояния: данные полевого исследования» . Труды Национальной академии наук . 105 (4): 1232–1237. arXiv : 0709.1916 . Бибкод : 2008PNAS..105.1232B . дои : 10.1073/pnas.0711437105 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2234121 . ПМИД 18227508 .
- ^ Буль, Дж.; Самптер, DJT; Кузен, ID; Хейл, Джей-Джей; Деспланд, Э.; Миллер, скорая помощь; Симпсон, SJ (2 июня 2006 г.). «От беспорядка к порядку в марширующей саранче». Наука . 312 (5778): 1402–1406. Бибкод : 2006Sci...312.1402B . дои : 10.1126/science.1125142 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 16741126 . S2CID 359329 .
- ^ Трепат, Ксавье; Вассерман, Майкл Р.; Анджелини, Томас Э.; Милле, Эмиль; Вайц, Дэвид А.; Батлер, Джеймс П.; Фредберг, Джеффри Дж. (1 июня 2009 г.). «Физические силы при коллективной миграции клеток» . Физика природы . 5 (6): 426–430. Бибкод : 2009NatPh...5..426T . дои : 10.1038/nphys1269 . ISSN 1745-2473 .
- ^ Кебер, Феликс К.; Луазо, Этьен; Санчес, Тим; ДеКэмп, Стивен Дж.; Джоми, Лука; Боуик, Марк Дж.; Маркетти, М. Кристина; Догич, Звонимир; Бауш, Андреас Р. (5 сентября 2014 г.). «Топология и динамика активных нематических пузырьков» . Наука . 345 (6201): 1135–1139. arXiv : 1409.1836 . Бибкод : 2014Sci...345.1135K . дои : 10.1126/science.1254784 . ISSN 0036-8075 . ПМК 4401068 . ПМИД 25190790 .
- ^ Палаччи, Джереми; Саканна, Стефано; Стейнберг, Ашер Преска; Пайн, Дэвид Дж.; Чайкин, Пол М. (22 февраля 2013 г.). «Живые кристаллы активируемых светом коллоидных серферов». Наука . 339 (6122): 936–940. Бибкод : 2013Sci...339..936P . дои : 10.1126/science.1230020 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 23371555 . S2CID 1974474 .
- ^ Дезень, Жюльен; Дошо, Оливье; Шатэ, Хьюг (23 августа 2010 г.). «Коллективное движение вибрирующих полярных дисков». Письма о физических отзывах . 105 (9): 098001. arXiv : 1004.1499 . Бибкод : 2010PhRvL.105i8001D . doi : 10.1103/PhysRevLett.105.098001 . ПМИД 20868196 . S2CID 40192049 .
