Opbygning af bedre diffusionsmodeller for aktive systemer

Under normale omstændigheder, partikler vil følge veletablerede tilfældige bevægelser, når de diffunderer gennem væsker og gasser. Men i nogle typer systemer, denne adfærd kan blive forstyrret - hvilket betyder, at partiklernes diffusionsbevægelser ikke længere påvirkes af resultaterne af kæder af tidligere begivenheder. Gennem forskning offentliggjort i EPJ E , Bernhard Mitterwallner, en ph.d. studerende i teamet af Roland Netz ved Free University of Berlin, Tyskland, har udviklet nye teorier, der beskriver, hvordan disse usædvanlige dynamikker kan reproduceres i generaliserede matematiske modeller.

Holdets tilgang kunne gøre det muligt for forskere at lære mere om adfærd, herunder transport af biologiske celler, og bevægelserne af 'aktive' materialer - hvis partikler høster energi i deres omgivende miljøer for at drive sig selv fremad. Typisk, disse diffusionskarakteristika optræder kun kort som systemovergange mellem stabile tilstande - men under de rigtige forhold, de kan bestå over langt længere tidsskalaer. Forskere kan studere denne effekt ved at indføre et 'hukommelsesterm' i deres beregninger, som kan redegøre for indflydelsen af ​​tidligere begivenheder på forskellige tidsskalaer. Adskillige undersøgelser har nu brugt dette princip til at undersøge, hvordan denne 'forbigående vedvarende bevægelse' kan fanges i modeller af viskoelastiske medier - som kan modstå deformation, når stress påføres.

Forfatterne tog en mere generel tilgang i deres undersøgelse; baseret deres beregninger omkring en bevægelsesligning, som tilbød en nyttig ramme til at beskrive ukonventionel diffusionsadfærd. Når du tilføjer et hukommelsesled til ligningen, deres modeller giver anledning til forbigående vedvarende bevægelse i en række forskellige systemer, som ikke var blevet undersøgt i tidligere undersøgelser. Holdets resultater kan nu gøre det muligt for forskere at præcist modellere diffusionsadfærd i en bredere vifte af situationer - og kan være særligt nyttige til studier af avancerede materialer, der reagerer på deres omgivende miljøer.