细菌涡旋晶格中的铁磁与反铁磁序
软凝聚态物质
2016-05-04 v1 统计力学
生物物理
细胞行为
摘要
尽管具有固有的非平衡本质，生命系统能够自组织成高度有序的集体态，这些态与传统凝聚态和流体系统的热力学平衡相具有惊人相似性。例子从细菌菌落、微生物悬浮液和组织中的类液晶排列，到鱼群和鸟群中的相干宏观尺度动力学。然而，支配此类人工和生物系统中结构涌现的通用数学原理仍难以捉摸。目前尚不清楚描述平衡系统普适热统计的成熟理论概念何时、甚至是否能捕捉并分类生命物质的有序态。在此，我们联系了这两个先前迥异的体系：通过微流控实验和数学建模，我们证明流体动力学耦合的细菌涡旋晶格能够自发组织成铁磁和反铁磁序的不同相。偏好相可通过改变腔间间隙宽度来调节涡旋耦合从而被控制。对立序态的出现与几何诱导的边缘电流的存在紧密关联，令人联想到量子系统中的那些电流。我们的实验观察可用通用晶格场论来解释，表明细菌自旋网络与广泛的平衡系统属于相同的普适类。
引用
@article{arxiv.1511.05000,
title = {Ferromagnetic and antiferromagnetic order in bacterial vortex lattices},
author = {Hugo Wioland and Francis G. Woodhouse and Jörn Dunkel and Raymond E. Goldstein},
journal= {arXiv preprint arXiv:1511.05000},
year = {2016}
}
备注
Original journal submission; revised version in press at Nature Physics. (19 pages, 8 figures)