主动粒子的流动诱导相分离受边界条件控制
软凝聚态物质
2018-07-04 v2
摘要
主动粒子，包括游动微生物、自驱动胶体与液滴，已知会在流体-固体边界处自组织成有序结构。粒子被其自发流动的吸引部分裹挟，已被假定为这一现象背后的可能机制。本文结合实验、理论与数值模拟，证明了这一流动诱导有序机制在主动乳液液滴悬浮液中的有效性。我们表明，该机制可通过简单地改变流体动力学边界条件加以控制，并产生多种有序结构。因此，对于 Hele-Shaw 细胞中的流动，可通过改变细胞高度获得亚稳线或稳定行进带。类似地，对于由平面限定的流动，会形成动态晶簇。在无滑移壁处，晶簇的特征在于粒子存在连续的平面外通量，这些粒子循环并在晶簇边缘重新进入，从而稳定晶簇。在切向应力消失的界面处，晶簇严格为二维，无平面外通量。我们通过分别计算每种情况下液滴产生的缓慢黏性流动以及它们之间耗散的、长程的、多体主动力与力矩，对这些实验结果作出解释。在主动力与力矩作用下的运动数值模拟结果与实验高度吻合。我们的工作阐明了主动流体（尤其是主动胶体悬浮液）中流动诱导相分离（FIPS）的机制，并展示了其受边界控制，为主动物质中几何与拓扑现象的新路径提供了启示。
引用
@article{arxiv.1710.10300,
title = {Flow-induced phase separation of active particles is controlled by boundary conditions},
author = {Shashi Thutupalli and Delphine Geyer and Rajesh Singh and Ronojoy Adhikari and Howard Stone},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.10300},
year = {2018}
}