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Mode-coupling theory for tagged-particle motion of active Brownian particles

Reichert, Julian und Mandal, Suvendu und Voigtmann, Thomas (2021) Mode-coupling theory for tagged-particle motion of active Brownian particles. Physical Review E, 104, 044608. American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevE.104.044608. ISSN 2470-0045.

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Kurzfassung

We derive a mode-coupling theory (MCT) to describe the dynamics of a tracer particle that is embedded in a dense system of active Brownian particles (ABPs) in two spatial dimensions. The ABP undergo translational and rotational Brownian motion and are equipped with a fixed self-propulsion speed along their orientational vector that describes their active motility. The resulting equations of motion for the tagged-particle density- correlation functions describe the various cases of tracer dynamics close to the glass transition: that of a single active particle in a glass-forming passive host suspensions, that of a passive colloidal particle in a suspension of ABP, and that of active tracers in a bath of active particles. Numerical results are presented for these cases assuming hard-sphere interactions among the particles. The qualitative and quantitative ac- curacy of the theory is tested against event-driven Brownian dynamics (ED-BD) simulations of active and passive hard disks. Simulation and theory are found in quantitative agreement, provided one adjusts the overall density (as known from the passive description of glassy dynamics), and allows for a rescaling of self-propulsion velocities in the active host system. These adjustments account for the fact that ABP-MCT generally overestimates the tendency for kinetic arrest. We confirm in the simulations a peculiar feature of the transient and stationary dynamical density-correlation functions regarding their lack of symmetry under time reversal, demonstrating the nonequilibrium nature of the system and how it manifests itself in the theory.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/144767/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Mode-coupling theory for tagged-particle motion of active Brownian particles
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Reichert, JulianDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mandal, SuvenduUniversität Düsseldorfhttps://orcid.org/0000-0002-2798-2839NICHT SPEZIFIZIERT
Voigtmann, ThomasThomas.Voigtmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 Oktober 2021
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:104
DOI:10.1103/PhysRevE.104.044608
Seitenbereich:044608
Verlag:American Physical Society
ISSN:2470-0045
Status:veröffentlicht
Stichwörter:glass transition; active particles; microswimmers; mode coupling theory
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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
Hinterlegt von: Voigtmann, Dr.rer.nat. Thomas
Hinterlegt am:21 Okt 2021 16:39
Letzte Änderung:20 Okt 2023 08:07

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