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高永祥团队与德国于利希研究院、牛津大学合作报道手性活性流体中的奇异流动现象

2024-01-12

2023年11月11日,高永祥团队与德国于利希研究院Gerhard Gompper、Marisol Ripoll团队、牛津大学Dirk Aarts团队合作,在Communications Physics发表了题为“Simultaneous emergence of active turbulence and odd viscosity in a colloidal chiral active system”的研究论文。高永祥研究员为论文的共同第一作者和共同通讯作者。

借助个体尺度的持续能量消耗,大量自推进或旋转的个体集合呈现出非平衡的、奇异的集体运动。其中,活性湍流和奇粘度最为典型,对应于自发的复杂流动和无能量耗散的横向流动行为,分别在不同的体系中被报道过。在此工作中,团队发展了由大量单层站立旋转的火柴杆状双面胶体颗粒组成的活性手性流体。每个胶体粒子旋转带动周围流体运动,进而诱导邻近胶体平移。结合实验与计算机模拟,团队同时观测到活性湍流和奇粘度两种现象,分别表现为缺乏主导的多尺度涡旋自相似动力学和颗粒被拖到涡旋中心且粒子密度与涡度呈现正相关。团队首次在体相中测量了手性活性流体的奇粘度,并对能谱进行了表征,遵循经典的幂律衰减。团队的发现对于建立活性湍流与奇粘度之间的关联,理解手性活性流体包括生物系统的奇异行为和设计微型机器人的集体自组织等均具有重要意义。

该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目(11774237)和广东省自然科学基金面上项目(2022A1515011800)的资助。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s42005-023-01442-3

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