Ratchet effect of self-propelled colloids in an asymmetric periodic potential

棘轮 棘轮效应 整改 物理 振幅 机械 工作(物理) 周期电位 经典力学 凝聚态物理 量子力学 功率(物理)
作者
Yan Wen,Zhihao Li,Haiqin Wang,Jing Zheng,Jinyao Tang,Xinpeng Xu,Pik‐Yin Lai,Penger Tong
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:162 (20) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0237153
摘要

We report a systematic study of barrier-crossing dynamics of self-propelled particles (SPPs) across a periodic ratchet potential U0(x), which is fabricated on a ratchet-microgroove-patterned polydimethylsiloxane substrate. From the measured steady-state probability density function P(x; F0) of the SPPs with different self-propulsion forces F0, we find that the escape dynamics of slow-rotating SPPs over the asymmetric ratchet potential can be well described by an activity-dependent potential, U±(x; F0) ≃ U0(x) ∓ aF0x, for the forward (+) and backward (−) moving particles with aF0 being the amplitude of their self-propulsion force projected along the x axis. By a thorough analysis of a large volume of the SPP trajectories obtained from both the spatially symmetric and asymmetric potentials, we delineate two experimental conditions under which the ratchet effect of SPPs is realized without involving a time-dependent rectification, and directed particle transport with a steady flux is observed. This work thus provides an effective statistical approach to describe the non-equilibrium transport of SPPs across ratchet potentials.

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