具有外部诱导周期性双极运动活性的胶体及其协同运动

活性物质物理学已借助多种自驱动粒子发展起来，包括具有极性与双极运动性等的粒子。然而，迄今实验实现的双极运动要么沿轴随机，要么以本征频率周期性。本文我们报道另一类双极活性粒子，其周期性双极自驱运动由外部以可控频率设定。我们使用 Quincke 滚子——悬浮于导电液体中、由电场驱动的介电粒子——在交流（AC）电场而非通常使用的直流（DC）电场下。实验上观察到单粒子以外部频率的往复运动，并在理论上刻画为稳定周期运动。实验中，我们不仅观察到往复运动，还在长时间尺度上观察到非平凡的、类似活性布朗粒子（ABP）的持久运动。这导致了零频附近的洛伦兹谱，而这是将 Quincke 滚子的传统模型简单扩展到交流场所不能解释的。研究发现，考虑实验系统的上下不对称性可复现类 ABP 运动。此外，我们发现旋转扩散系数远大于热扩散系数，正如先前实验所报道，这可能源于电极表面的粗糙。我们还发现小簇（如二聚体与三聚体）的自组织形成，并刻画了其中粒子的协同运动。本文报道的 AC Quincke 滚子可作为双极活性物质的模型实验系统，似乎值得进一步研究。