沉降活性物质润湿壁面时的稳态粒子流

最近基于格子气模型预测，引力场中的标量活性物质会逆着重力沿限制壁面或薄毛细管内上升——尽管存在排斥的粒子-壁相互作用 [Phys. Rev. Lett. 124, 048001 (2020)]。在本文中，我们通过数值模拟以沉降活性布朗粒子（ABPs）在盒子中的行为证实了这一预测，并阐明了导致弯月面在沉降区主体上方上升的机制。弯月面的高度随系统活性而增加，随 Péclet 数呈代数增长。弯月面的形成由位于弯月面底部、大小和强度随 ABP 活性增强的稳态环形粒子流（涡旋）决定。这些涡旋的起源可追溯到 ABPs 在盒子中的受限：即便无引力时理想（非相互作用）ABPs 的稳态也展现出以盒子八个卦限中高度对称方式排布的环形流。引力将此涡旋构型向下扭曲，在两侧壁留下两个主要涡旋，并伴随沿壁面的强向下流动。ABPs 间的排斥相互作用仅在 motility induced phase separation（MIPS，运动诱导相分离）发生、并在底部形成致密沉降液相将涡旋中心向上推至液-气界面时才改变这一情形。因此，自驱动粒子是标量活性物质的出色实现，其形成能逆重力或任何其他外场做可见功的稳态粒子流，我们预测这可在引力下的活性胶体中实验观测到。