Janus 振子网络的多面动力学

近期研究发现了网络同步中的基本新现象，包括嵌合态、爆发式同步以及非对称诱导同步。迄今为止，这些现象各自仅在与该单一现象对应的设计系统中被观测到，这就引出了它们是否相互兼容、若兼容则在何种条件下共存的问题。在此，我们引入一类极为简单的振子网络，可同时展现上述所有现象。其动力学单元由成对的非全同相位振子组成，我们类比 Janus 粒子及其名称来源的神话题材，称之为 Janus 振子。与先前研究不同，这些网络表现出：（i）全同振子下的爆发式同步；（ii）嵌合态的极端多稳定性，包括行波、间歇与反弹嵌合态；（iii）非对称诱导同步，其中随机振子异质性反而促进同步。这些网络还展现出此前未观测到的反向同步转变可能性，即向更同步状态的转变由耦合强度减小而非增大所引发。这些多样现象在相当简约的条件下即可出现，甚至在局域连接的环拓扑中亦然，这有望促进其在实验中控制和操纵同步的应用。