Zoology of collective patterns modulated by non-reciprocal, long-range interactions

蛋白质丝 极地的 物理 拓扑(电路) 领域(数学) 订单(交换) 点(几何) 网(多面体) 集体行为 芯(光纤) 网络拓扑 过程(计算) 统计物理学 曲线的奇点 硬核 戒指(化学) 理论物理学 拓扑缺陷
作者
Edgardo Brigatti,Fernando Peruani
出处
期刊:Soft Matter [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5sm00657k
摘要

We investigate active particles that exhibit distance-independent interactions only restricted by a field of view, which is characterized by an angle β. We show that constraining attractive interactions to a field of view leads to the emergence of a complex pattern that exhibits - depending on the value of β and initial conditions - significantly different topologies and transport properties. We find, in two dimensions, a nematic closed filament in the form of a ring that moves as a chiral active particle, a closed polar filament with one singular topological point that exhibits net polar order and moves ballistically, a structure with two singular topological points that rotates, or an open polar filament that behaves as a persistent random walk. Furthermore, we investigate the process that transforms one structure into another by slowly varying β and observe that the process is non-reversible and presents strong hysteresis. Finally, we find that in three dimensions similar patterns also emerge. The analysis sheds light on the physics of single-species active particles with long-range, non-reciprocal interactions in two and three dimensions, characterized by the absence of gas phases, and provides evidence that in these systems, topological and transport properties are closely related.
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