布朗振动子中的团簇与集体运动

利用布朗振动子（其中单颗粒可在振动下发生布朗运动），我们实验研究了体积分数 $0.111\le\phi\le0.832$ 的准二维（quasi-2d）颗粒物质的自组织结构与动力学。我们展示了非弹性颗粒碰撞的硬盘系统中丰富的结构与动力学，具有对应于团簇流体、集体流体、多晶与晶体的四个相。虽然多晶与晶体与平衡硬盘惊人地相似，前两个相却与平衡态及先前均匀驱动球体的准二维实验显著不同。我们的研究提供了单颗粒尺度的证据：受均匀随机作用力作用的颗粒物质具有弱内聚性与复杂内部结构及动力学。此外，我们的实验表明大规模集体运动可出现在纯排斥硬盘系统中。该集体运动在 $\phi=0.317$ 附近涌现，此时最显著的团簇跨越系统的一半，并在 $\phi=0.713$ 附近消失，该处系统结晶且平衡硬盘中发生熔化转变。