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科研进展

张何朋课题组在胶体系统中实现熵致随机共振

近日,《Physical Review Letters》以“Colloidal Stochastic Resonance in Confined Geometries”为题发表了大发黄金版888官方app下载_G.1、自然科学研究院张何朋课题组在随机共振方面的研究成果。

实验装置(左图)和随机共振曲线(右图)

系统噪声通常会影响信号的准确传递和检测。然而在非线性系统中,合适的噪声却可能放大系统对外界微弱驱动的响应;这一广泛存在于物理、化学、生物和工程领域的反直觉现象被称为随机共振,有着众多的实际应用,包括能量采集、图像处理和信号放大等。针对随机共振的研究通常在能量势阱中开展。最近理论研究预言随机共振也存在于由熵效应产生的自由能势阱中,可能影响众多生物和软物质系统中输运过程。

为了验证熵致随机共振的重要理论预言,张何朋课题组利用双光子3D打印技术构造了联通的双微腔结构,如上图所示;该结构能产生熵致的自由能双势阱,控制其中胶体颗粒的运动。研究人员进一步利用磁场在胶体颗粒上施加一个振荡的外力,驱动颗粒在自由能势阱之间跃迁。当驱动周期是颗粒自发跃迁周期的两倍时,颗粒运动和驱动相位之间由于随机共振机制出现同步;从而成功验证了相关的理论预言。同时研究人员还在实验中发现了强烈的流体力学效应,并根据实验结果拓展了原有理论,这些实验和理论成果大大推动了对软物质和生物物理系统中熵致随机共振和受限输运现象的理解。

本论文的第一作者为博士生朱茜通讯作者为张何朋教授合作者包括周炀和来自意大利Camerino大学的Fabio Marchesoni教授。研究工作得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.098001

 

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