Active matter shepherding and clustering in inhomogeneous environments

相图 相(物质) 钉扎力 物理 力密度 凝聚态物理 活性物质 机械 经典力学 材料科学 超导电性 量子力学 临界电流 生物 细胞生物学
作者
Péter Forgács,A. Libál,C. Reichhardt,C. Reichhardt
出处
期刊:Physical review 卷期号:104 (4) 被引量:7
标识
DOI:10.1103/physreve.104.044613
摘要

We consider a mixture of active and passive run-and-tumble disks in an inhomogeneous environment where only half of the sample contains quenched disorder or pinning. The disks are initialized in a fully mixed state of uniform density. We identify several distinct dynamical phases as a function of motor force and pinning density. At high pinning densities and high motor forces, there is a two-step process initiated by a rapid accumulation of both active and passive disks in the pinned region, which produces a large density gradient in the system. This is followed by a slower species phase separation process where the inactive disks are shepherded by the active disks into the pin-free region, forming a nonclustered fluid and producing a more uniform density with species phase separation. For higher pinning densities and low motor forces, the dynamics becomes very slow and the system maintains a strong density gradient. For weaker pinning and large motor forces, a floating clustered state appears, and the time-averaged density of the system is uniform. We illustrate the appearance of these phases in a dynamic phase diagram.
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