活力層列型液晶的理論研究

《活力層列型液晶的理論研究》是依託中國礦業大學，由陳雷鳴擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：活力層列型液晶的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳雷鳴
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

活力物質是軟凝聚態物理的一個新興的研究方向,它研究由大量具備自驅動能力的粒子組成的非平衡態系統的統計學和力學性質。根據對稱性，平衡態系統中的任一物相都可以在活力物質中找到與之對應的物相，但兩者的動力學卻迥然不同。本項目計畫採用唯象動力學理論結合重整化群的研究方法，研究活力物質中的層列型液晶的動力學，具體研究內容包括粒子數守恆體系的活力層列型液晶A的位置有序性、穩定性、粒子數目漲落，粒子數守恆和非守恆體系的活力層列型液晶C的位置和指向有序性、穩定性、粒子數目漲落，以及A、C兩相之間的相變臨界行為。這項研究旨在揭示活力層列型液晶異於平衡態層列型液晶的新奇動力學特性，從而為活力物質的計算機模擬和實驗提供理論上的指導和參考。這項研究對於拓寬人們對物相的認識，以及推進非平衡態系統動力學理論和相變理論的發展都有積極的意義。

結題摘要

活性物質是軟物質物理領域一個比較新的研究方向，它研究由大量具備自我推進能力的活性粒子組成的非平衡態系統的統計學和力學性質。從對稱性而言，各種已知的平衡態系統中的物相類型都可能在活性物質中出現，但由於活性物質的“非平衡態”特性，這些“活性物相”常常具備非常新奇的物理性質。本項目對活性層列型液晶和不可壓縮活性流體的動力學行為開展了理論研究，主要研究內容有以下幾個方面：（1）活性層列型液晶的計算機模擬，構建恰當的活性粒子微觀模型實現層列型液晶態，並對系統的穩定性、有序性、漲落等指標進行測量；（2）活性層列型液晶的流體動力學理論，推導活性層列型液晶的流體動力學方程，基於該理論模型對系統的穩定性、有序性、漲落等指標進行預測，與計算機模擬的結果進行比較驗證；（3）不可壓縮極性活性流體的流體動力學理論，基於極性活性流體的流體動力學方程，研究二維不可壓縮極性活性流體有序態的動力學行為、不可壓縮極性活性流體有序-無序相變。通過本項目的研究，取得的研究進展和成果主要有：（1）在活性粒子的計算機模擬中觀測到了傳統的層列型液晶A和C，以及全新的層列型液晶態—層列型液晶P；（2）計算機模擬發現二維活性層列型液晶P在大尺度上呈現準長程位置有序性和長程指向有序性，但隨著系統尺寸大到一定尺度，層列型液晶序隨系統尺寸增大而降低；（3）推導出了活性層列型液晶P的流體動力學模型，基於該模型計算得到的理論結果與計算機模擬的結果符合得很好；（4）基於極性活性流體的流體力學模型，算出了二維不可壓縮極性活性流體的流速關聯函式，並證明系統具備長程指向有序；（5）通過運用動力學重整化群，證明了不可壓縮極性活性流體中的有序-無序相變可以是連續相變，並定量預測了該相變的臨界指數。總的來說，這項研究從多個方面地揭示了活性物質的動力學規律，豐富了活性物質的動力學理論，為活性物質的計算機模擬和實驗提供了有價值的理論指導和參考。