惯性效应对非对称通道中活性 Brownian 粒子的整流与扩散的影响

在由产生熵势垒的结构所限制的流体溶剂中运动的微纳米游泳者通常用过阻尼活性 Brownian 粒子动力学描述，其中黏性效应很大且惯性不起作用。然而，对于在黏性效应不再占主导的介质中运动受限游泳者，应考虑惯性效应。在此，我们研究惯性如何影响二维非对称通道中自驱动粒子的整流与扩散。我们表明，随着粒子质量增大，大多数粒子积聚在通道壁上。此外，平均粒子速度作为质量的函数存在一个最大值，表明具有最优质量 $M^{*}_{\rm op}$ 的粒子可从具有其他质量粒子的混合物中分选出来。特别地，我们发现有效扩散系数作为质量的函数表现出增强的扩散峰，这是大多数粒子积聚在通道壁上的特征。还确定了 $M^{*}_{\rm op}$ 对转动扩散率、自驱动力、通道长宽比和主动力矩的依赖性。本研究结果可激发在熵棘轮系统中控制自驱动粒子扩散的策略的发展。