自驱动半柔性细丝的集体动力学

利用切向驱动的自驱动蠕虫状链模型，研究了活性半柔性细丝的集体行为。排除体积相互作用与自驱动的联合导致了随单根细丝的弯曲刚度、活性和长径比变化而出现的若干不同动力学相。我们首先考虑中等细丝密度的情况。对于高长径比细丝，我们确定了随着驱动增强从自由游动细丝态到平移运动几乎冻结的螺旋细丝态的转变。对于较低长径比，由于细丝碰撞，这种螺旋气体相随密度增大而被抑制；相反，随着活性增加，细丝形成类似于自驱动杆的团簇。有限弯曲刚度强烈影响动力学与相行为。柔性细丝形成小而瞬态的团簇，而较刚硬细丝组织成巨型团簇，类似于自驱动杆，但当活性大到足以使细丝弯曲时，会出现从巨型团簇到较小团簇的重入相行为。对于高密度细丝，我们确定了低活性下近冻结的堵塞态、中活性下的向列车道态以及高活性下的活性湍流态。后一状态的特征是能谱随波数呈幂律衰减。所得的相图概括了可调的非平衡稳态，可用于活物质的组织。