从流体动力润滑到活性游动子稠密悬浮液中的多体相互作用

我们研究流体动力相互作用如何影响悬浮于流体中高浓度活性粒子的集体行为，特别关注当粒子彼此非常接近时出现的润滑力。我们在三维和（二维）的一般设定下精确计算了两个不同的球形（圆形）活性游动子在彼此非常接近时的流体动力相互作用的极限行为。将此与远场相互作用结合，我们开发了一种新颖的数值方案，使我们能够研究大量活性粒子在彼此接近时具有精确流体动力相互作用的集体行为。我们研究其本征流场以力偶极子和四极子为特征的活性游动子。利用该方案，我们能够表明当粒子彼此非常接近时的润滑力在决定其多体行为方面可起到与长程流体动力相互作用同样重要的作用。我们发现，当游动子力偶极子较大时，出现有限团簇和开放凝胶状团簇，而非完全相分离。这种抑制是由于近场润滑相互作用。对于具有小力偶极子的游动子，我们惊讶地发现出现了全局极向有序相，因为近场润滑而非长程流体动力学主导了取向机制。极向有序在非常大的系统尺寸下存在，并且对具有有限噪声幅度的涨落是稳定的。我们使用仅包含近场相互作用主导旋转效应的最小模型解释了极向有序的出现。这些现象在二维中也被重现。