具有非互易取向相互作用的活性粒子的集体运动

我们展示了一项关于二维活性粒子体系的布朗动力学研究，这些粒子之间除通常的立体相互作用外，还通过非互易的回避性取向相互作用相互影响。其动机在于：衣藻（Chlamydomonas）的两根鞭毛与附近表面发生立体相互作用，从而对藻体产生力矩。正如预期，在大多数情况下此类相互作用会破坏活性体系中由运动诱导的粒子聚集。然而令人惊讶的是，我们发现当非互易相互作用的范围接近立体相互作用的范围时，活性粒子能够自组织成集体运动的集群。我们观察到集群运动可通过多种结构形式显现，从单一致密带过渡到多个中等密度的条带，且这些结构高度动态。发现集群序参量仅弱依赖于底层集群结构。结合局域密度分布的方差，可清晰地将集群运动划分为独立的带态与动态条带态两类。