활성 물질

Active matter
무리의 역할을 하는 별 떼
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Flagellum from a gram-negative bacterium (unlabelled).png
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관련

활성 물질은 많은 수의 활동적인 "대리인"으로 구성되며, 각각의 활성 물질은 움직이거나 기계적 힘을 발휘하기 위해 에너지를 소비한다.[1][2] 그러한 시스템은 본질적으로 열 평형을 벗어났다. 평형을 향해 이완하는 열 시스템과 일정한 전류를 가하는 경계 조건의 시스템과 달리 활성 물질 시스템은 에너지가 개별 구성 요소에 의해 지속적으로 소멸되고 있기 때문에 시간 역전의 대칭을 깨뜨린다.[3][4] 활성 물질의 대부분의 예는 생물학적이며, 미세관이나 액틴(두 가지 모두 살아있는 세포의 세포골격의 일부인)과 같은 박테리아와 자기 조직적인 생물 폴리머로부터 물고기와 새떼의 무리까지, 생물의 모든 비늘에 걸쳐 있다. 그러나 현재의 실험 작업은 인공 자력 입자와 같은 합성 시스템에 많이 할애되고 있다.[5][6] 활성 물질은 부드러운 물질에서 비교적 새로운 물질 분류로, 가장 광범위하게 연구된 모델인 Vicsek 모델은 1995년부터 시작되었다.[7]

활성 물질의 연구는 분석 기법, 수치 시뮬레이션과 실험을 결합한다. 주목할 만한 분석적 접근법으로는 유체역학,[8] 운동 이론, 비균형 통계 물리학 등이 있다. 수치 연구는 주로 자력-입자 모델을 포함하며,[9][10][11] 분자역학 알고리즘이나 격자-가스 모델과 같은 에이전트 기반 모델을 사용하며, 활성 유체의 유체역동 방정식에 대한 계산 연구도 포함한다.[8] 생물학적 시스템에 대한 실험을 넓은 범위에서 동물 단체들,(예를 들어, 새 flocks,[12]포유류의 무리, 물고기들과 insect swarms[13])세균성 식민지, 세포 조직(예를 들어 상피 조직 layers,[14]암 성장과 embryogenesis),cytoskeleton 구성 요소(예를 들어, 시험관에서 배양된 운동성 assays, actin-myosin n.을 포함한etworks고 분자 중심 필라멘트[15]. 합성 시스템에 대한 실험에는 자가 추진 콜로이드(예: 인공적으로 추진되는[16] 입자), 구동되는 세밀한 물질(예: 진동된 단색체[17]), 우글거리는 로봇 및 Quinke 회전 장치(Rotator)가 포함된다.

활성 물질의 개념

활성 물질 시스템

참조

  1. ^ Ramaswamy, Sriram (2010-01-01). "The Mechanics and Statistics of Active Matter". Annual Review of Condensed Matter Physics. 1 (1): 323–345. arXiv:1004.1933. Bibcode:2010ARCMP...1..323R. doi:10.1146/annurev-conmatphys-070909-104101. S2CID 55500360.
  2. ^ Marchetti, M. C.; Joanny, J.F.; Ramaswamy, S.; Liverpool, T. B.; Prost, J.; Rao, M.; Adita Simha, R. (2012). "Hydrodynamics of soft active matter". Reviews of Modern Physics. 85 (3): 1143–1189. arXiv:1207.2929. Bibcode:2013RvMP...85.1143M. doi:10.1103/RevModPhys.85.1143.
  3. ^ Berthier, Ludovic; Kurchan, Jorge (7 June 2019). "Lectures on non-equilibrium active systems". arXiv:1906.04039 [cond-mat.stat-mech].
  4. ^ Cates, Michael E.; Tailleur, Julien (January 2, 2015). "Motility-Induced Phase Separation". Annual Review of Condensed Matter Physics. 6: 219–244. arXiv:1406.3533. Bibcode:2015ARCMP...6..219C. doi:10.1146/annurev-conmatphys-031214-014710. S2CID 15672131.
  5. ^ Bricard, Antoine; Caussin, Jean-Baptiste; Desreumaux, Nicolas; Dauchot, Olivier; Bartolo, Denis (6 November 2013). "Emergence of macroscopic directed motion in populations of motile colloids". Nature. 503 (7474): 95–98. arXiv:1311.2017. Bibcode:2013Natur.503...95B. doi:10.1038/nature12673. PMID 24201282. S2CID 1174081.
  6. ^ Theurkauff, I.; Cottin-Bizonne, C.; Palacci, J.; Ybert, C.; Bocquet, L. (26 June 2012). "Dynamic Clustering in Active Colloidal Suspensions with Chemical Signaling". Physical Review Letters. 108 (26): 268303. arXiv:1202.6264. Bibcode:2012PhRvL.108z8303T. doi:10.1103/PhysRevLett.108.268303. PMID 23005020. S2CID 4890068.
  7. ^ Vicsek, T.; Czirok, A.; Ben-Jacob, E.; Cohen, I.; Shochet, O. (1995). "Novel type of phase transition in a system of self-driven particles". Physical Review Letters. 75 (6): 1226–1229. arXiv:cond-mat/0611743. Bibcode:1995PhRvL..75.1226V. doi:10.1103/PhysRevLett.75.1226. PMID 10060237. S2CID 15918052.
  8. ^ a b Toner, John; Tu, Yuhai; Ramaswamy, Sriram (2005-07-01). "Hydrodynamics and phases of flocks" (PDF). Annals of Physics. Special Issue. 318 (1): 170–244. Bibcode:2005AnPhy.318..170T. doi:10.1016/j.aop.2005.04.011.
  9. ^ Vicsek, Tamás; Czirók, András; Ben-Jacob, Eshel; Cohen, Inon; Shochet, Ofer (1995-08-07). "Novel Type of Phase Transition in a System of Self-Driven Particles". Physical Review Letters. 75 (6): 1226–1229. arXiv:cond-mat/0611743. Bibcode:1995PhRvL..75.1226V. doi:10.1103/PhysRevLett.75.1226. PMID 10060237. S2CID 15918052.
  10. ^ Chaté, Hugues; Ginelli, Francesco; Grégoire, Guillaume; Raynaud, Franck (2008-04-18). "Collective motion of self-propelled particles interacting without cohesion". Physical Review E. 77 (4): 046113. arXiv:0712.2062. Bibcode:2008PhRvE..77d6113C. doi:10.1103/PhysRevE.77.046113. PMID 18517696. S2CID 30774878.
  11. ^ Bussemaker, Harmen J.; Deutsch, Andreas; Geigant, Edith (1997-06-30). "Mean-Field Analysis of a Dynamical Phase Transition in a Cellular Automaton Model for Collective Motion". Physical Review Letters. 78 (26): 5018–5021. arXiv:physics/9706008. doi:10.1103/physrevlett.78.5018. ISSN 0031-9007. S2CID 45979152.
  12. ^ Ballerini, M.; Cabibbo, N.; Candelier, R.; Cavagna, A.; Cisbani, E.; Giardina, I.; Lecomte, V.; Orlandi, A.; Parisi, G. (2008-01-29). "Interaction ruling animal collective behavior depends on topological rather than metric distance: Evidence from a field study". Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (4): 1232–1237. arXiv:0709.1916. Bibcode:2008PNAS..105.1232B. doi:10.1073/pnas.0711437105. ISSN 0027-8424. PMC 2234121. PMID 18227508.
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  14. ^ Trepat, Xavier; Wasserman, Michael R.; Angelini, Thomas E.; Millet, Emil; Weitz, David A.; Butler, James P.; Fredberg, Jeffrey J. (2009-06-01). "Physical forces during collective cell migration". Nature Physics. 5 (6): 426–430. Bibcode:2009NatPh...5..426T. doi:10.1038/nphys1269. ISSN 1745-2473.
  15. ^ Keber, Felix C.; Loiseau, Etienne; Sanchez, Tim; DeCamp, Stephen J.; Giomi, Luca; Bowick, Mark J.; Marchetti, M. Cristina; Dogic, Zvonimir; Bausch, Andreas R. (2014-09-05). "Topology and dynamics of active nematic vesicles". Science. 345 (6201): 1135–1139. arXiv:1409.1836. Bibcode:2014Sci...345.1135K. doi:10.1126/science.1254784. ISSN 0036-8075. PMC 4401068. PMID 25190790.
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  17. ^ Deseigne, Julien; Dauchot, Olivier; Chaté, Hugues (2010-08-23). "Collective Motion of Vibrated Polar Disks". Physical Review Letters. 105 (9): 098001. arXiv:1004.1499. Bibcode:2010PhRvL.105i8001D. doi:10.1103/PhysRevLett.105.098001. PMID 20868196. S2CID 40192049.