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Non-Gaussian normal diffusion in low dimensional systems

Frontiers of physics 2021年第3期16卷 85-98页

作者： Qingqing Yin Yunyun Li Fabio Marchesoni subhadip nay.k.pulak k.ghosh Center for Phononics and Thermal Energy Science Shanghai Key Laboratory of Special Artificial Microstructure Materials and TechnologySchool of Physics Science and EngineeringTongji UniversityShanghai200092China Dipartimento di Fisica Universitàdi CamerinoI-62032CamerinoItaly Department of Chemistry Presidency UniversityKolkata700073India

Brownian particles suspended in disordered crowded environments often exhibit non-Gaussian normal diffusion(NGND),whereby their displacements grow with mean square proportional to the observation time and non-Gaussian *** distributions appear to decay almost exponentially according to“universal”laws largely insensitive to the observation *** effect is generically attributed to slow environmental fluctuations,which perturb the local configuration of the suspension *** investigate the microscopic mechanisms responsible for the NGND phenomenon,we study Brownian diffusion in low dimensional systems,like the free diffusion of ellipsoidal and active particles,the diffusion of colloidal particles in fluctuating corrugated channels and Brownian motion in arrays of planar convective *** appears to be a transient effect related to the time modulation of the instantaneous particle’s diffusivity,which can occur even under equilibrium ***,we propose to generalize the definition of NGND to include transient displacement distributions which vary continuously with the observation *** this purpose,we provide a heuristic one-parameter function,which fits all time-dependent transient displacement distributions corresponding to the same diffusion ***,we reveal the existence of low dimensional systems where the NGND distributions are not leptokurtic(fat exponential tails),as often reported in the literature,but platykurtic(thin sub-Gaussian tails),i.e.,with negative excess *** actual nature of the NGND transients is related to the specific microscopic dynamics of the diffusing particle.

关键词： non-Gaussian normal diffusion transport phenomena stochastic process active matter

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