【摘 要】
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从细菌群到动物群落,在各个尺度上的活性群体都表现出类似的集体运动。说明在具有速度对齐机制的自驱动体系中,集体运动的形成是一种普遍的非平衡自组织现象。伴随着集体运动的形成,体系中出现取向序,但缺乏空间有序。本文研究了在周期性驱动的活性胶体体系中,在空间和时间上都具有周期性晶体结构(时-空晶体)的涌现。我们发现时-空晶体的涌现源于粒子动力学对称性破缺诱发的失稳:随机密度涨落诱发定向运动,定向运动进一步
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从细菌群到动物群落,在各个尺度上的活性群体都表现出类似的集体运动。说明在具有速度对齐机制的自驱动体系中,集体运动的形成是一种普遍的非平衡自组织现象。伴随着集体运动的形成,体系中出现取向序,但缺乏空间有序。本文研究了在周期性驱动的活性胶体体系中,在空间和时间上都具有周期性晶体结构(时-空晶体)的涌现。我们发现时-空晶体的涌现源于粒子动力学对称性破缺诱发的失稳:随机密度涨落诱发定向运动,定向运动进一步放大密度涨落。经过不断的响应与反馈,体系最终发展出周期性的空间密度分布,形成自对偶的四方晶格结构。在周期性驱动力下,体系在四方晶格及其对偶结构间进行倍周期性交替,形成同时具有空间周期性和时间不连续对称性的时-空晶体结构。我们发现这种四方晶格结构的特征尺寸和外加驱动力的强弱以及频率的大小密切相关。根据外加驱动力强度和频率的不同,四方晶格的特征尺寸可以得到很好的调整,并且对扰动具有很强的稳定性。四方晶格结构的涌现拓宽了我们对时-空晶体的理解。此外,时-空晶体的形成极大地拓展了我们对非平衡自组织集体运动模型的认识。
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