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群体感应活性物质中无自吸引的动力学模式形成:非互易性与运动性之间的相互作用

Dynamical Pattern Formation without Self-Attraction in Quorum-Sensing Active Matter: The Interplay between Nonreciprocity and Motility.

作者信息

Duan Yu, Agudo-Canalejo Jaime, Golestanian Ramin, Mahault Benoît

机构信息

Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPI-DS), 37077 Göttingen, Germany.

Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford, Oxford OX1 3PU, United Kingdom.

出版信息

Phys Rev Lett. 2023 Oct 6;131(14):148301. doi: 10.1103/PhysRevLett.131.148301.

DOI:10.1103/PhysRevLett.131.148301
PMID:37862639
Abstract

We study a minimal model involving two species of particles interacting via quorum-sensing rules. Combining simulations of the microscopic model and linear stability analysis of the associated coarse-grained field theory, we identify a mechanism for dynamical pattern formation that does not rely on the standard route of intraspecies effective attractive interactions. Instead, our results reveal a highly dynamical phase of chasing bands induced only by the combined effects of self-propulsion and nonreciprocity in the interspecies couplings. Turning on self-attraction, we find that the system may phase separate into a macroscopic domain of such chaotic chasing bands coexisting with a dilute gas. We show that the chaotic dynamics of bands at the interfaces of this phase-separated phase results in anomalously slow coarsening.

摘要

我们研究了一个包含通过群体感应规则相互作用的两种粒子的最小模型。结合微观模型的模拟和相关粗粒化场论的线性稳定性分析,我们确定了一种动态模式形成的机制,该机制不依赖于种内有效吸引相互作用的标准途径。相反,我们的结果揭示了一个高度动态的追逐带相,它仅由种间耦合中的自推进和非互易性的综合效应诱导产生。开启自吸引后,我们发现系统可能相分离成这样一个混沌追逐带的宏观域与稀薄气体共存。我们表明,在这个相分离相的界面处带的混沌动力学导致异常缓慢的粗化。

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