非对称通道中重力导向手性主动布朗粒子的扩散

在流体中受约束的微观和纳米运动体的扩散常被建模为阻尼型主动布朗动力学，其中粘性效应至关重要，惯性可忽略不计。本文数值研究了在二维非对称通道中受外部扭矩（源自重力场）作用的手性自主推动粒子扩散行为。我们揭示了当外部扭矩 $\omega$ 接近粒子固有角速度 $\omega_{0}$ 时，出现共振扩散。这种共振表现为粒子在通道左上角附近的显著聚集，伴随有效扩散系数的显著峰值。特别地，仅在 rotational diffusion rates 较低时才会观察到此现象，且在 $\omega_{0}$ 较大值处无法持续。突出的传输特征包括：在 $\omega$ 较小值处实现低纳希尔化（rectification），平均速度随 $\omega$ 单调增加，且在共振点附近对传输特征（平均速度和有效扩散系数）的 rotational diffusion rate 呈非单调响应。进一步地，我们发现传输特征强烈依赖于通道的纵横比。例如，扩散峰值随纵横比增大而更为显著，平均速度在较宽的瓶颈口口径下可达更高的饱和值。可以设想，这些发现对开发用于粒子分离、靶向药物递送以及高级活性材料的微流控和实验室-on-a-chip 设备具有巨大的潜力。