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Mode-coupling theory for active Brownian particles

Liluashvili, Alexander und Ónody, Jonathan und Voigtmann, Thomas (2017) Mode-coupling theory for active Brownian particles. Physical Review E, 96, 062608. American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevE.96.062608. ISSN 2470-0045.

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Kurzfassung

We present a mode-coupling theory (MCT) for the slow dynamics of two-dimensional spherical active Brownian particles (ABPs). The ABPs are characterized by a self-propulsion velocity v0 and by their translational and rotational diffusion coefficients Dt and Dr, respectively. Based on the integration-through-transients formalism, the theory requires as input only the equilibrium static structure factors of the passive system (where v0 = 0). It predicts a nontrivial idealized-glass-transition diagram in the three-dimensional parameter space of density, self-propulsion velocity, and rotational diffusivity that arise because at high densities, the persistence length of active swimming lp = v0 /Dr interferes with the interaction length lc set by the caging of particles. While the low-density dynamics of ABPs is characterized by a single Péclet number Pe = v0^2/Dr Dt , close to the glass transition the dynamics is found to depend on Pe and lp separately. At fixed density, increasing the self-propulsion velocity causes structural relaxation to speed up, while decreasing the persistence length slows down the relaxation. The active-MCT glass is a nonergodic state that is qualitatively different from the passive glass. In it, correlations of initial density fluctuations never fully decay, but also an infinite memory of initial orientational fluctuations is retained in the positions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/117391/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Mode-coupling theory for active Brownian particles
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Liluashvili, Alexanderalexander.liluashvili (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ónody, Jonathanjonathan.onody (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigtmann, Thomasthomas.voigtmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 Dezember 2017
Erschienen in:Physical Review E
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:96
DOI:10.1103/PhysRevE.96.062608
Seitenbereich:062608
Verlag:American Physical Society
ISSN:2470-0045
Status:veröffentlicht
Stichwörter:mode-coupling theory, active Brownian particles, microswimmers, glasses
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Materialdesign und neue Materialien
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum > Wissenschaftliche Experimente
Hinterlegt von: Voigtmann, Dr.rer.nat. Thomas
Hinterlegt am:18 Dez 2017 06:47
Letzte Änderung:27 Nov 2023 11:59

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