小系统中手征活性粒子随机动力学和热力学性质的研究
结题报告
批准号:
11575064
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
艾保全
依托单位:
学科分类:
A2503.统计物理与复杂系统
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
李丰果、张小苗、吴建春、陈群、胡彩甜、区雅丽
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中文摘要
与经典热力学不同,小系统随机动力学和热力学性质依赖于体系中粒子的属性。最近,生物和化学体系中发现普遍存在一种具有手征性的自驱动粒子,表现出与布朗粒子不同的特性,基于布朗粒子的相关规律不再适用。 为了解该问题,本项目拟选取手征活性粒子为研究对象,首先,采用朗万方程及非平衡统计理论研究体系的随机动力学性质(自发整流,各态历经性,近极值统计性,群聚效应), 再在随机动力学方程基础上,定义体系随机热力学量,从涨落角度,研究体系的轨迹热力学性质(涨落关系),从时间角度,研究有限时间热力学性质(最大输出效率和最优化功)。通过项目的开展,一方面在理论上,把基于粒子随机轨迹的动力学和热力学理论, 从从非活性粒子推广到手征活性粒子,从无相互作用粒子推广相互作用粒子,丰富非平衡统计物理理论体系;另一方面,相关的理论为介观尺度上实验研究活性物质供理论解释和分析。
英文摘要
Unlike classical dynamics and thermodynamics theory, stochastic dynamics and thermodynamics greatly depends on the properties in small systems. Recently, chiral active particles are frequently found in biological and chemical system, chiral active particles show different properties compared with passive Brownian particles. Therefore, stochastic dynamics and thermodynamics based on passive Brownian particles cannot well describe chiral active particles. Based on the single stochastic trajectory, we will study the dynamics(spontaneous rectified transport, ergodic property, near-extreme statistics,and collective motion)by using nonequlibrium statistical methods and Langevin .simulations. Based on stochastic dynamics, we define the thermodynamics of small system. We study the Jarzynsk equation and fluctuation relations from the trajectory level thermodynamics and efficiency at maximum power and optimal work extraction from the finite time thermodynamics. From this project, on the one hand, the theory of stochastic dynamics and thermodynamicscan be extended from passive particles to chiral active particles, from non-interacting particles to interaction particles, on the other hand, our studies can be applied to the experimental studies of active soft matter and biological cells for giving theoretical explanation and analysis.
小系统随机动力学和热力学性质依赖于体系中粒子的属性。在生物和化学体系中发现普遍存在一种具有手征性的自驱动粒子,表现出与布朗粒子不同的特性,基于布朗粒子的相关规律不再适用。 为了解该问题,本项目选取手征活性粒子为研究对象,首先,采用朗万方程及非平衡统计理论研究体系的随机动力学性质, 再在随机动力学方程基础上,定义体系 随机热力学量,从涨落角度,研究体系的轨迹热力学性质,从时间角度,研究有限时间热力学性质。本项目的研究结果, 把基于粒子随机轨迹的动力学和热力学理论, 从从非活性粒子推广到手征活性粒子,从无相互作用粒子推广相互作用粒子,丰富非平衡统计物理理论体系。项目资助下,共发表SCI论文28篇, 其中包括Soft matter 4篇,Physical Review E 3篇, Journal of Chemical Physics 5 篇, Journal of Statistical Mechanics 7篇, New journal of physics 1篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Transport of anisotropic chiral particles in a confined structure
受限结构中各向异性手性粒子的传输
DOI:10.1088/1742-5468/2016/03/033207
发表时间:2016-03
期刊:Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment
影响因子:--
作者:Hu Cai-tian;Ou Ya-li;Wu Jian-chun;Ai Bao-quan
通讯作者:Ai Bao-quan
Ratchet transport of overdamped particles in superimposed driven lattices
叠加驱动晶格中过阻尼粒子的棘轮输运
DOI:10.1088/1674-1056/28/4/040502
发表时间:2019
期刊:Chinese Physics B
影响因子:1.7
作者:Huang Shu Na;Zhu Wei Jing;Huang Xiao Qun;Ai Bao Quan;Li Feng Guo
通讯作者:Li Feng Guo
DOI:10.1038/srep24001
发表时间:2016-04-01
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Wu JC;Ai BQ
通讯作者:Ai BQ
Transport of the moving barrier driven by chiral active particles
手性活性粒子驱动的移动势垒的传输
DOI:10.1063/1.5018371
发表时间:2018-03
期刊:Journal of Chemical Physics
影响因子:4.4
作者:Liao Jing-jing;Huang Xiao-qun;Ai Bao-quan
通讯作者:Ai Bao-quan
Effects of hydrodynamic interactions on rectified transport of self-propelled particles
流体动力相互作用对自推进粒子整流输运的影响
DOI:10.1103/physreve.95.012116
发表时间:2017
期刊:Physical Review E
影响因子:2.4
作者:Ai Bao-quan;He Ya-feng;Zhong Wei-rong
通讯作者:Zhong Wei-rong
信息传递活性粒子的动力学和热力学性质的研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    15.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    艾保全
  • 依托单位:
融合性活性物质的集体动力学和非平衡相行为的研究
  • 批准号:
    n/a
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    艾保全
  • 依托单位:
熵垒中布朗粒子的非平衡定向输运
  • 批准号:
    11175067
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    艾保全
  • 依托单位:
分子马达运动机制的理论研究
  • 批准号:
    30600122
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    艾保全
  • 依托单位:
国内基金
海外基金