从有序到群体态：非线性增长活性流体中的动态图案解析
斑图形成与孤子
2026-05-26 v2 软凝聚态物质
混沌动力学
生物物理
摘要
我们探讨了包含两种化学物种的人工流体系统，这两种物种调节活性应力：一种快速扩散的物种 (A) 和一种慢速扩散的物种 (I)。物种 A 的增长采用非线性 logistic 项进行建模。通过线性稳定性分析，我们推导出展示参数空间中各种动力学制度的相图。我们的发现表明，佩克尔数 (Péclet number) 的增加会导致均匀稳态的失稳；相反，物种 A 的非线性增长参数的增加实际上会稳定均匀稳态。此外，我们观察到物种间的不对称性程度影响导致三种不同的动力学相位，而低不对称性则未能产生振荡性不稳定。在不稳定制度下的数值模拟显示，模式范围从高佩克尔数下的不规则、非节律配置，到瞬态和稳健的对称性破坏群体态。值得注意的是，这些群体态模式在振荡性不稳定制度中更为常见；我们的稳定性分析表明，该制度在非线性增长参数较高且佩克尔数适中时，是最广泛的。进一步地，我们还发现 soliton 样结构，其中物种 A 的聚集会合并，新的聚集也会自发出现，这些模式在 stationary 不稳定相中更为常见。总体而言，本研究说明在化学物种中受非线性增长影响的主动物质中可以出现多样化的图案，其中当非线性增长参数提升时，群体态尤为占主导。
引用
@article{arxiv.2412.14729,
title = {From Order to Chimeras: Unraveling Dynamic Patterns in Active Fluids with Nonlinear Growth},
author = {Joydeep Das and Abhishek Chaudhuri and Sudeshna Sinha},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.14729},
year = {2026}
}