Ginzburg-Landau type problems in superconductivity and cell motility
超导和细胞运动中的金兹堡-朗道型问题
基本信息
- 批准号:1405769
- 负责人:
- 金额:$ 28.4万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2014
- 资助国家:美国
- 起止时间:2014-09-01 至 2018-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This project is at the interface of mathematics, physics and biophysics. It is concerned with the theory and applications of Ginzburg-Landau (GL) type equations. These equations are among the most fundamental nonlinear partial differential equations because they describe a wide range of phenomena in nature from phase transitions, superconductivity, and superfluidity to liquid crystals and motility in biosystems. The project consists of two parts, with mathematics of GL type equations being the unifying theme. The first part is primarily motivated by the quest for energy-efficient materials that comprise a foundation for a new generation of superconductivity-based microelectronics. In practical applications the current passing through a superconductor creates magnetic vortices that move, dissipate the energy, and thus result in power loss. This poses the problem of immobilizing the vortices, known as the problem of vortex pinning. The second part is motivated by the problem of motility of eukaryotic cells on substrates. The study of cell motility has been a classical subject in biology for several centuries, dating back to the celebrated discovery by van Leeuwenhoek. Cell motility is an important ingredient of many biological processes, e.g., epithelial cells crawling across open wounds aid in their healing. The investigator develops mathematical techniques to address these fundamental problems in physics and biology. Graduate students are trained as part of this project. The project consists of two parts unified by the ideas and asymptotic methods of multiscale analysis applied to GL type PDEs. First, the investigator studies pinning and vortex phase separation in superconductors, with focus on the study of a novel terraced vortex structure that appears due to the subtle interplay between extremal values of physical parameters (such as the magnitude of the magnetic field, size of pinning sites, and size of the superconducting sample). A two-parameter asymptotic problem that models the vortex phase separation phenomenon in superconductors with a large number of very small columnar defects is considered. Then the homogenization techniques of Gamma-convergence suitable for the interplay between the energy concentrations due to vortices and strong spatial variations due to defects is developed. Second, the investigator studies in a rigorous asymptotic framework a phase field model with volume constraints that describes cell motility. The phase field function solves a scalar GL PDE (Allen-Cahn) with an additional term that provides a gradient coupling of this field with another governing field that satisfies a vectorial parabolic PDE. The sharp interface limit in the presence of volume conservation constraints is studied. A feature of this system is the gradient coupling that leads to an equation of interface motion driven by curvature and a novel nonlinear term. Due to this coupling, previously developed classical viscosity solution techniques and recent Gamma-convergence techniques for gradient flows cannot be applied, so new methods are developed.
这个项目是在数学,物理学和生物物理学的接口。 它是关于Ginzburg-Landau(GL)型方程的理论和应用。 这些方程是最基本的非线性偏微分方程之一,因为它们描述了自然界中的各种现象,从相变,超导性和超流性到液晶和生物系统中的运动。 该项目由两部分组成,GL型方程的数学是统一的主题。 第一部分的主要动机是寻求节能材料,这些材料是新一代基于超导的微电子技术的基础。 在实际应用中,通过超导体的电流会产生磁涡流,这些磁涡流会移动,耗散能量,从而导致功率损耗。 这就提出了固定涡的问题,称为涡钉扎问题。 第二部分是由真核细胞在基质上的运动性问题引起的。 几个世纪以来,细胞运动的研究一直是生物学中的经典课题,可以追溯到货车列文虎克的著名发现。 细胞运动性是许多生物过程的重要成分,例如,上皮细胞在开放性伤口上爬行有助于伤口愈合。 研究人员开发数学技术来解决物理学和生物学中的这些基本问题。 研究生作为该项目的一部分接受培训。 本课题由两部分组成,统一了GL型偏微分方程多尺度分析的思想和渐近方法。 首先,研究人员研究了超导体中的钉扎和涡旋相分离,重点研究了一种新型的阶梯涡旋结构,这种结构是由于物理参数(如磁场的大小,钉扎位置的大小和超导样品的大小)的极值之间的微妙相互作用而出现的。 考虑了一个双参数渐近问题,该问题模拟了含有大量微小柱状缺陷的超导体中的涡旋相分离现象。 然后,伽玛收敛的均匀化技术适合于由于涡流和强烈的空间变化,由于缺陷的能量集中之间的相互作用。 其次,研究人员在一个严格的渐近框架的相场模型与体积约束,描述细胞运动。 相场函数解决了标量GL PDE(艾伦-卡恩)与一个额外的条款,提供了一个梯度耦合的这个字段与另一个管理领域,满足矢量抛物型PDE。 研究了体积守恒约束下的锐界面极限。 该系统的一个特点是梯度耦合,导致界面运动方程驱动的曲率和一个新的非线性项。 由于这种耦合,以前开发的经典粘性溶液技术和最近的伽玛收敛技术的梯度流不能应用,所以新的方法被开发。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Leonid Berlyand其他文献
Focusing of active particles in a converging flow
汇聚流中活性粒子的聚焦
- DOI:
10.1088/1367-2630/aa94fd - 发表时间:
2017 - 期刊:
- 影响因子:3.3
- 作者:
Mykhailo Potomkin;Andreas Kaiser;Leonid Berlyand;Igor S. Aranson - 通讯作者:
Igor S. Aranson
On an evolution equation in a cell motility model
- DOI:
10.1016/j.physd.2015.10.008 - 发表时间:
2016 - 期刊:
- 影响因子:
- 作者:
Matthew S. Mizuhara;Leonid Berlyand;Volodymyr Rybalko;Lei Zhang - 通讯作者:
Lei Zhang
A two scale $$\Gamma $$ -convergence approach for random non-convex homogenization
随机非凸均匀化的双尺度 Γ 收敛方法
- DOI:
10.1007/s00526-017-1249-y - 发表时间:
2017-10-06 - 期刊:
- 影响因子:2.000
- 作者:
Leonid Berlyand;Etienne Sandier;Sylvia Serfaty - 通讯作者:
Sylvia Serfaty
Non-Gaussian Limiting Behavior of the Percolation Threshold in a Large System
- DOI:
10.1007/s002200050082 - 发表时间:
1997-04-01 - 期刊:
- 影响因子:2.600
- 作者:
Leonid Berlyand;Jan Wehr - 通讯作者:
Jan Wehr
Leonid Berlyand的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Leonid Berlyand', 18)}}的其他基金
EAGER: IMPRESS-U: Random Matrix Theory and its Applications to Deep Learning
EAGER:IMPRESS-U:随机矩阵理论及其在深度学习中的应用
- 批准号:
2401227 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Standard Grant
Stability and Bifurcations in Free-Boundary Models of Active Gels
活性凝胶自由边界模型的稳定性和分岔
- 批准号:
2005262 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Standard Grant
Control of Flagellated Bacteria Motion in Anisotropic Fluids
各向异性流体中带鞭毛细菌运动的控制
- 批准号:
1707900 - 财政年份:2017
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Continuing Grant
DMREF: Collaborative Research: Design of active ink for 3D printing: integrating modeling and experiments
DMREF:协作研究:3D 打印活性墨水设计:建模与实验相结合
- 批准号:
1628411 - 财政年份:2016
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Standard Grant
Workshop on Interdisciplinary Mathematics
跨学科数学研讨会
- 批准号:
1522040 - 财政年份:2015
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Standard Grant
PDEs and Dynamical Systems in Biology
生物学中的偏微分方程和动力系统
- 批准号:
1311726 - 财政年份:2013
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Standard Grant
Two-Parameter Homogenization Problems in Superconductivity and Related Problems
超导中的二参数均匀化问题及相关问题
- 批准号:
1106666 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Standard Grant
Homogenization of Ginzburg-Landau and Elasticity Problems and Related Questions
Ginzburg-Landau 的均质化和弹性问题及相关问题
- 批准号:
0708324 - 财政年份:2007
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Standard Grant
Modeling of Multiscale Inhomogeneous Materials with Periodic and Random Microstructure
具有周期性和随机微观结构的多尺度非均匀材料建模
- 批准号:
0204637 - 财政年份:2002
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Continuing Grant
Conference: Homogenization and Materials Science
会议:均质化与材料科学
- 批准号:
0072259 - 财政年份:2000
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Standard Grant
相似国自然基金
Landau方程和Vlasov-Poisson-Boltzmann方程组解的适定性和收敛率的研究
- 批准号:12301284
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
Landau-Lifshitz流及其相关模型的动力学
- 批准号:12371244
- 批准年份:2023
- 资助金额:43.5 万元
- 项目类别:面上项目
磁重联点能量串级与磁重联区动理学阿尔芬波的Landau阻尼
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:33 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
Landau型方程的Hilbert展开
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:47 万元
- 项目类别:面上项目
Landau-Ginzburg模型与Log结构
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
Landau-Ginzburg模型上的稳定条件
- 批准号:12201011
- 批准年份:2022
- 资助金额:20 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
分数阶Landau-Lifshitz-Bloch方程的定性分析及其数值解
- 批准号:2021JJ30697
- 批准年份:2021
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
非定常Ginzburg-Landau方程的无条件稳定的保结构数值方法
- 批准号:12126302
- 批准年份:2021
- 资助金额:20.0 万元
- 项目类别:数学天元基金项目
非定常Ginzburg-Landau方程的无条件稳定的保结构数值方法
- 批准号:12126318
- 批准年份:2021
- 资助金额:10.0 万元
- 项目类别:数学天元基金项目
Landau-Ginzburg模型与指数和
- 批准号:12171261
- 批准年份:2021
- 资助金额:50 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Homological Algebra of Landau-Ginzburg Mirror Symmetry
Landau-Ginzburg 镜像对称的同调代数
- 批准号:
EP/Y033574/1 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Research Grant
Theoretical study of twisted stacked systems through pseudo-Landau level description
通过伪朗道能级描述的扭曲堆叠系统的理论研究
- 批准号:
23KJ0339 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Using Computational Time-Dependent Ginzburg-Landau Theory to calculate & visualise the current density of high-field superconductors in fusion tokamak
使用计算瞬态Ginzburg-Landau理论进行计算
- 批准号:
2910484 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Studentship
Magnetic torque data analyses based on Landau theory
基于朗道理论的磁扭矩数据分析
- 批准号:
22H01173 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Effective hamiltonians for anyons on graphs via self-adjoint extensions of the Landau operator
通过 Landau 算子的自伴扩展,图上任意子的有效哈密顿量
- 批准号:
2765041 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Studentship
Collisions in Plasma: The Landau Equation and Related Models
等离子体中的碰撞:朗道方程和相关模型
- 批准号:
2206677 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Continuing Grant
Dispersive readout of the electrons on Helium Rydberg state with the Landau levels
氦里德堡态电子与朗道能级的色散读数
- 批准号:
22K13985 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Development of coercive force theory by eXtended Landau Free Energy (XLFE)
通过扩展朗道自由能 (XLFE) 发展矫顽力理论
- 批准号:
21H04656 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Proving the Landau-Ginzburg/Conformal Field Theory correspondence
证明朗道-金兹堡/共形场论对应关系
- 批准号:
DP210101502 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Discovery Projects
Open Mirror Geometry for Landau-Ginzburg Models
Landau-Ginzburg 模型的开放镜像几何结构
- 批准号:
MR/T01783X/1 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 28.4万 - 项目类别:
Fellowship