活性粒子的运动属性和堆积密度诱导多种涡旋模式及其转变

作     者：蒋楚楚 郑宁 刘伟 JIANG Chuchu;ZHENG Ning;LIU Wei

作者机构：北京理工大学物理学院北京100081 

出 版 物：《内蒙古大学学报（自然科学版）》 (Journal of Inner Mongolia University：Natural Science Edition)

年 卷 期：2023年第54卷第6期

页      面：608-615页

学科分类：080805[工学-电工理论与新技术] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(11974044) 

主　　题：活性物质 受限 涡旋 

摘      要：涡旋运动广泛存在于不同尺度的活性物质中,是一类典型的自组织集群行为。本文实验研究了3种不同运动模式的活性粒子,在受限容器中产生不同类型的涡旋行为及转化。发现活性粒子的涡旋受到粒子堆积密度和运动属性的影响,具有多种涡旋运动模式。在低中粒子堆积密度时,随着粒子运动性质变化,涡旋行为从瞬态涡旋过渡到相对稳定的时空涡旋,最终形成非拓扑保护的边界流涡旋。而在高堆积密度时,涡旋模式从拓扑边界流转变为时空稳定的体涡旋,直至最终的非拓扑边界流涡旋。研究结果指出可使用外界激励调控活性粒子的单体运动性质,从而改变粒子集群运动特性,这既为活性粒子的涡旋运动提供了更丰富的内涵,也为实现活性粒子集群功能的灵活切换提供了新思路。