Активная мягкая материя с регулируемым межчастичным взаимодействием: Разработка эффективных методов анализа и поиск новых динамических режимов вдали от равновесия

За отчетный период, в полном соответствии с ранее сформированным планом работ, был проведен комплекс теоретических, вычислительных и экспериментальных работ, что позволило достигнуть следующих результатов: 1) Изучена динамика двумерной жидкости активных броуновских частиц в условиях динамики Ланжевена с парными изотропными отталкивающими взаимодействиями для различных наборов вращательного и поступательного демпинга в системе. Установлено, что активность может приводить к нарушению равномерности спектрального распределения кинетической энергии частиц как по пространственным масштабам, так и между продольной и поперечной поляризациями, что связано с локальным нарушением симметрии и возникновением микро-потоков на масштабах сопоставимых с несколькими межчастичными расстояниями. 2) Систематически изучен сценарий формирования фазового расслоения (Motility-induced phase separation) в двумерной системе активных частиц в условиях динамики Ланжевена с парными изотропными отталкивающими взаимодействиями. Установлено, что по мере увеличения активности частиц система сменяет несколько динамических режимов, переходы между которыми отчетливо видны на зависимостях dK(A)/dA в виде изломов, где K(A) – средняя кинетическая энергия системы при заданной активности, A – магнитуда активной силы, действующей на частицы. 3) Предложен новый подход идентификации фаз в двумерных системах, который основан на разбиении системы на Ячейки Вороного и расчете нового параметра порядка. Предложенный подход требует только информацию о положении частиц в системе (желательно на нескольких кадрах для повышения стабильности результата) и не имеет никаких подгоночных параметров. 4) Установлено, что балансовый подход позволяет описать зависимость средней кинетической энергии в однородных фазах активных частиц от величины демпинга. 5) Экспериментально изучена динамика анизотропных коллоидных частиц во внешних вращающихся электрических полях. Установлено, что в зависимости от степени анизотропии коллоидные частицы могут демонстрировать 3 режима динамики: (i) монотонное вращение; (ii) чередование колебаний ориентации частицы около некоторого выделенного направления с резкими поворотами; (iii) колебания ориентации частицы около некоторого выделенного направления без поворотов. Предложена математическая модель, описывающая наблюдаемые явления, справедливость которой продемонстрирована с помощью сопоставления результатов с экспериментальными данными. 6) Проведены пилотные эксперименты по изучению бинарных систем активных (вытянутые коллоидные частицы, активные ротаторы) и пассивных коллоидных частиц во внешних вращающихся электрических полях. В результате анализа экспериментальных результатов установлено, что рассмотренные системы могут демонстрировать разные типы динамики.