Aktywna materia

Stado szpaków działające jak rój

Materia aktywna to materia złożona z dużej liczby aktywnych „czynników”, z których każdy zużywa energię w celu poruszania się lub wywierania sił mechanicznych. Takie układy są wewnętrznie poza równowagą termiczną . W przeciwieństwie do układów termicznych dążących do równowagi i układów z warunkami brzegowymi narzucającymi stałe prądy, układy z materią aktywną łamią symetrię odwrócenia czasu , ponieważ energia jest nieustannie rozpraszana przez poszczególne składniki. Większość przykładów materii aktywnej ma pochodzenie biologiczne i obejmuje wszystkie rodzaje organizmów żywych, od bakterii i samoorganizujących się biopolimerów , takich jak mikrotubule i aktyna (które są częścią cytoszkieletu żywych komórek), po ławice ryb i stada ptaków. Jednak wiele obecnych prac eksperymentalnych jest poświęconych systemom syntetycznym, takim jak sztuczne cząstki samobieżne . Materia aktywna to stosunkowo nowa klasyfikacja materiałów w materii miękkiej : najszerzej zbadany model, model Vicsek , pochodzi z 1995 roku.

Badania w materii aktywnej łączą techniki analityczne, symulacje numeryczne i eksperymenty. Godne uwagi podejścia analityczne obejmują hydrodynamikę , teorię kinetyczną i fizykę statystyczną nierównowagi . Badania numeryczne obejmują głównie cząstek samobieżnych , wykorzystujące modele agentowe, takie jak algorytmy dynamiki molekularnej lub modele gazu sieciowego , a także obliczeniowe badania równań hydrodynamicznych płynów aktywnych . Eksperymenty na systemach biologicznych obejmują szeroki zakres skal, w tym grupy zwierząt (np. stada ptaków, stada ssaków, ławice ryb i roje owadów), kolonie bakteryjne, tkanki komórkowe (np. warstwy tkanki nabłonkowej, wzrost raka i embriogeneza), elementy cytoszkieletu (np. testy ruchliwości in vitro , sieci aktyna-miozyna i włókna napędzane silnikiem molekularnym). Eksperymenty na systemach syntetycznych obejmują samobieżne koloidy (np. cząstki napędzane foretycznie), napędzaną materię ziarnistą (np. wibrowane monowarstwy), rojące się roboty i rotatory Quinke.

Pojęcia w materii czynnej

• Aktywne żele
  • Gęsta substancja aktywna
• Ruch zbiorowy
  • Zbiorowe zachowanie zwierząt
  • Zbiorowa migracja komórek
• Separacja faz indukowana ruchliwością
• Szkolenia , stada i roje
• Ruch zbiorowy
• Aktywny stres
• Nieuporządkowana hiperjednorodność

Układy materii czynnej

• Tkanki biologiczne
  • Mechanika subkomórkowa i komórkowa
• Zachowanie tłumu
• Samobieżne cząstki i koloidy