【摘 要】
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近年来,多尺度现象引起了科学工作者的广泛关注,继而多尺度科学也得到飞速发展。多尺度普遍存在于数学、物理学、流体力学、化学、材料科学、生物学等多个学科领域以及它们之间的交叉领域。除此以外,多尺度还贯穿了整个非线性和复杂性问题的探讨,是研究非平衡态统计物理及分子动力学的重要途径。当复杂系统在软物质领域崭露头角时,人们把对多尺度的研究也应用到了软物质方向:一方面用来考虑其中复杂系统的非平衡态问题,另一方
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近年来,多尺度现象引起了科学工作者的广泛关注,继而多尺度科学也得到飞速发展。多尺度普遍存在于数学、物理学、流体力学、化学、材料科学、生物学等多个学科领域以及它们之间的交叉领域。除此以外,多尺度还贯穿了整个非线性和复杂性问题的探讨,是研究非平衡态统计物理及分子动力学的重要途径。当复杂系统在软物质领域崭露头角时,人们把对多尺度的研究也应用到了软物质方向:一方面用来考虑其中复杂系统的非平衡态问题,另一方面用来探索软物质中生物活性及自组织的机理。事实上,这两方面的研究成果也为多尺度相互作用粒子系统的动力学特性探索奠定了良好的基础,加快了人们揭示生物活性起源的步伐。目前,人们对多尺度现象的研究大致分为三个方面,即多尺度现象的描述、多尺度现象的机理以及多尺度现象之间的内在联系。在研究多尺度现象时,我们不仅要理解多尺度现象的不同表述,更要掌握多尺度的机理,从而洞察多尺度现象的内在关联。而在不同多尺度现象的交叉研究中,选择合适的多尺度分析方法也成为研究的关键。分子动力学被认为是描述多尺度相互作用粒子系统的有效方法。本文利用朗之万分子动力学方法,系统考察了活性和非活性噪声(热噪声)环境下周期性分布的点钉扎(或障碍)衬底上二维多尺度纯排斥相互作用粒子系统的动力学特性。论文具体内容和主要结果如下:第一章首先对多粒子系统及其非平衡态动力学特性进行了概述。其次介绍了多尺度纯排斥相互作用粒子系统及其研究进展。最后对文中采用的朗之万分子动力学模拟方法作了简要阐述。第二章中我们利用朗之万分子动学,数值研究了热噪声和活性噪声环境下周期性高斯钉扎衬底上二维多尺度纯排斥相互作用粒子系统的动力学特性。发现:热噪声下,脱钉点附近系统会呈现类晶体和条纹相结构,但不会出现类似于活性系统的生命岛状结构。活性噪声并不影响脱钉点附近的动力学相及相变。第三章中我们利用朗之万分子动力学,数值研究了热噪声和活性噪声环境下周期性激光-光学衬底上二维多尺度纯排斥相互作用粒子系统的动力学特性。发现:对于较低的衬底强度,活性噪声较大,从而导致粒子之间关联较强,粒子以集群状态存在,系统呈类晶体相开始运动;随着衬底强度的增加,活性噪声强度饱和,部分粒子摆脱集群,呈单粒子状态开始运动;当衬底强度足够大,小集群被打破,所有粒子均呈单粒子状态开始运动。热噪声下,所有粒子均呈单粒子状态开始运动。第四章给出本文的结论和展望。本文的研究结果将为探究生物环境中营养物质的输运、动力学体系中有序态的产生机理以及如何通过外场调控动力学有序态的形成等提供重要的参考价值。
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