活性液体中胶体的非传统相分离与分形界面
软凝聚态物质
2025-09-09 v2 生物物理
摘要
由非平衡涨落驱动的相分离是活性物质中活性和人造活性物质的特征。在平衡系统中，有序态源于自由能的最小化，而活性系统则由在微观尺度上持续注入能量而驱动。活性系统中有序相的出现挑战了我们关于域生长和界面结构的传统观点。本研究研究了含有大肠杆菌(E.coli)的活性液体中胶体簇的 coarsening。我们的实验揭示，胶体和游泳者的均匀分散本身是不稳定的，导致发生自发相分离，特征为分形界面和非传统动力学。序参的相关函数显示动态标度，胶体域的大小随时间增长，形式为t^(1/z)，其中z≈4，这与保守序参的热力学系统已知的生长定律不同。结构因子显示非Porod行为，表明具有分形界面的域。这种非Porod行为也表现为序函数中的尖角奇点。我们使用其中一种标量场理论阐释了实验发现，活性游泳者的非平衡涨落被建模为时空相关噪声。这种粗糙化模型破坏了时间反演对称性和详细平衡，成功再现了关键的实验观察。此外，它揭示了一种波动的微相分离，其中初始域生长遵循t^(1/4)标度，最终被阻止，从而为胶体在活性液体中非传统相分离的微观起源提供了新视角。
引用
@article{arxiv.2508.11000,
title = {Unconventional Phase Separation and Fractal Interfaces of Colloids in Active Liquids},
author = {Pragya Kushwaha and Pratikshya Jena and Partha Sarathi Mondal and Sanjay Puri and Shradha Mishra and Vijayakumar Chikkadi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.11000},
year = {2025}
}