纽结环聚合物的集体动力学与拓扑锁定：一种新型现象学理论
软凝聚态物质
2025-03-10 v1
摘要
我们提出了一种新型现象学理论，描述了拓扑约束如何在素纽结环聚合物中诱导集体（协同）运动模式。在低复杂度纽结中，链段可以准独立地运动。然而，随着交叉数的增加，环的自由度变得集体耦合：不同的弧段必须以协调的、相位相反的模式运动以保持纽结。我们采用基于弧的模型进行表述，其中每个交叉点施加约束，在子链位移之间生成耦合矩阵。我们展示了强耦合如何在更高纽结复杂度下涌现，最终导致拓扑驱动的动力学停滞。我们证明，环面纽结与扭转纽结属于拓扑驱动动力学停滞的不同普适类：环面纽结表现出渐进的拉伸指数型减速，而扭转纽结经历急剧的类阻塞转变。这些发现建立了一个独立于立体效应或弯曲刚度的拓扑控制参数，用于弛豫动力学。我们的结果提供了一个统一框架，将构象数、协同运动和最终停滞状态联系起来，从而拓展了我们对软物质系统中纠缠的基本理解。
引用
@article{arxiv.2503.05134,
title = {Collective Dynamics and Topological Locking in Knotted Ring Polymers: A Novel Phenomenological Theory},
author = {Anna Lappala},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.05134},
year = {2025}
}