Active Brownian particles moving in a random Lorentz gas
Active Brownian particles moving in a random Lorentz gas
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活性布朗粒子在随机洛伦兹气体中运动
DOI：
10.1140/epje/i2017-11510-0
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
H. Stark
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. Zeitz;K. Wolff;H. Stark
摘要生物微型游泳者通常栖息在多孔或拥挤的环境中，例如土壤。为了了解如此复杂的环境如何影响它们的扩散，我们对二维随机洛伦兹气体中的非相互作用活性布朗粒子（ABP）进行了数值研究。接近洛伦兹气体中的渗流转变，它们执行与弹道粒子和扩散粒子相同的亚扩散运动。然而，由于它们的持续运动，它们比被动粒子更快地达到长期动态，并且在中间时间也表现出超扩散运动。当高于临界障碍物密度时，ABP 被捕获，而它们在下方的长时间扩散受到推进速度 v0 的强烈影响。随着 v0 的增加，ABP 在障碍物上停留的时间会更长。因此，对于大推进速度，与被动粒子相比，在更密集的障碍物环境中，长时间扩散常数下降得更强烈。这与我们从速度自相关函数中提取的有效游泳速度和持续时间的行为一致。图形摘要
AbstractBiological microswimmers often inhabit a porous or crowded environment such as soil. In order to understand how such a complex environment influences their spreading, we numerically study non-interacting active Brownian particles (ABPs) in a two-dimensional random Lorentz gas. Close to the percolation transition in the Lorentz gas, they perform the same subdiffusive motion as ballistic and diffusive particles. However, due to their persistent motion they reach their long-time dynamics faster than passive particles and also show superdiffusive motion at intermediate times. While above the critical obstacle densitythe ABPs are trapped, their long-time diffusion belowis strongly influenced by the propulsion speed v0. With increasing v0, ABPs are stuck at the obstacles for longer times. Thus, for large propulsion speed, the long-time diffusion constant decreases more strongly in a denser obstacle environment than for passive particles. This agrees with the behavior of an effective swimming velocity and persistence time, which we extract from the velocity autocorrelation function.Graphical abstract
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A. Zöttl;H. Stark
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