耦合马达的电流增强：二人同心，其利断金
统计力学
2026-01-16 v1
摘要
催化驱动的合成分子马达工作在松散的力化学耦合区域，在该区域中，燃料分子的分解并不一定产生一个向前的步进。在这种区域下，随机的向后步进会显著降低马达的电流，这促使我们探究机械耦合多个此类马达是否能增强它们的平均电流。通过使用两类模型——基于粒子的非平衡分子动力学模型和跳跃-扩散模型——模拟基于轮烷的马达，我们证明了电流增强在物理上是可实现的。我们观察到的增强（将电流放大了个位数倍）出现在马达间的耦合能够增加活性、加快向前和向后步进速率之时。在此过程中，对向前步进的偏好偏差实际上会降低，但丢失的偏差可以通过提高燃料浓度来大部分恢复，这展示了一种通用的设计策略：通过耦合放大活性，并通过更强的驱动恢复偏差。
引用
@article{arxiv.2601.09907,
title = {It Takes Two to Make a Thing Go Right: Boosting Current in Coupled Motors},
author = {Geyao Gu and Drew Alvarez and John Strahan and Alex Albaugh and Emanuele Penocchio and Todd R. Gingrich},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.09907},
year = {2026}
}