Negative friction and mobilities induced by friction fluctuation

扩散 布朗运动 粒子(生态学) 惯性参考系 统计物理学 摩擦系数 物理 机械 经典力学 凝聚态物理 材料科学 热力学 量子力学 海洋学 地质学 复合材料
作者
Yuhui Luo,Chunhua Zeng
出处
期刊:Chaos [American Institute of Physics]
卷期号:30 (5) 被引量:18
标识
DOI:10.1063/1.5144556
摘要

We study the transport phenomena of an inertial Brownian particle in a symmetric potential with periodicity, which is driven by an external time-periodic force and an external constant bias for both cases of the deterministic dynamics and the existence of friction coefficient fluctuations. For the deterministic case, it is shown that for suitable parameters, the existence of certain appropriate friction coefficients can enhance the transport of the particle, which may be interpreted as the negative friction coefficient; additionally, there coexist absolute, differential negative, and giant positive mobilities with increasing friction coefficients in the system. We analyze physical mechanisms hinted behind these findings via basins of attraction. For the existence of friction coefficient fluctuations, it is shown that the fluctuation can enhance or weaken, even eliminate these phenomena. We present the probability distribution of the particle’s velocity to interpret these mobilities and the suitable parameters’ regimes of these phenomena. In order to further understand the physical mechanism, we also study diffusions corresponding to these mobilities and find that for the small fluctuation, the negative friction appears, and there coexists absolute negative mobility, superdiffusion, and ballistic diffusion, whereas all of them vanish for the large fluctuation. Our findings may extensively exist in materials, including different defects, strains, the number of interfacial hydrogen bonds, the arrangements of ions, or graphite concentrations, which hints at the existence of different friction coefficients.
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