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非理想反应扩散系统:通往不稳定性的多种途径。

Nonideal Reaction-Diffusion Systems: Multiple Routes to Instability.

作者信息

Aslyamov Timur, Avanzini Francesco, Fodor Étienne, Esposito Massimiliano

机构信息

Department of Physics and Materials Science, University of Luxembourg, L-1511 Luxembourg City, Luxembourg.

Department of Chemical Sciences, University of Padova, Via F. Marzolo, 1, I-35131 Padova, Italy.

出版信息

Phys Rev Lett. 2023 Sep 29;131(13):138301. doi: 10.1103/PhysRevLett.131.138301.

DOI:10.1103/PhysRevLett.131.138301
PMID:37832019
Abstract

We develop a general classification of the nature of the instabilities yielding spatial organization in open nonideal reaction-diffusion systems, based on linear stability analysis. This encompasses dynamics where chemical species diffuse, interact with each other, and undergo chemical reactions driven out of equilibrium by external chemostats. We find analytically that these instabilities can be of two types: instabilities caused by intermolecular energetic interactions (E type), and instabilities caused by multimolecular out-of-equilibrium chemical reactions (R type). Furthermore, we identify a class of chemical reaction networks, containing unimolecular networks but also extending beyond them, that can only undergo E-type instabilities. We illustrate our analytical findings with numerical simulations on two reaction-diffusion models, each displaying one of the two types of instability and generating stable patterns.

摘要

基于线性稳定性分析,我们对开放非理想反应扩散系统中产生空间组织的不稳定性的性质进行了一般分类。这包括化学物质扩散、相互作用以及在外部恒化器驱动下进行非平衡化学反应的动力学过程。我们通过分析发现,这些不稳定性可分为两种类型:由分子间能量相互作用引起的不稳定性(E型)和由多分子非平衡化学反应引起的不稳定性(R型)。此外,我们确定了一类化学反应网络,其中包含单分子网络但又超出了单分子网络的范围,这类网络只能经历E型不稳定性。我们通过对两个反应扩散模型的数值模拟来说明我们的分析结果,每个模型都展示了两种不稳定性中的一种并产生了稳定模式。

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引用本文的文献

1
Accelerated Ostwald ripening by chemical activity.通过化学活性加速奥斯特瓦尔德熟化
ArXiv. 2025 Jun 4:arXiv:2506.04493v1.