Fractal Brownian Motion of Colloidal Particles in Plasma

K. G. Koss; Косс К. Г.; I. I. Lisina; Лисина И. И.; M. M. Vasiliev; Васильев М. М.; A. A. Alekseevskaya; Алексеевская А. А.; E. A. Kononov; Кононов Е. А.; O. F. Petrov; Петров О. Ф.

doi:10.31857/S0367292122600972

Фрактальное броуновское движение коллоидных частиц в плазме

Авторы: Косс К.Г.¹^,2, Лисина И.И.¹^,2, Васильев М.М.¹^,2, Алексеевская А.А.¹, Кононов Е.А.¹^,2, Петров О.Ф.¹^,2
Учреждения:
1. Объединенный институт высоких температур РАН
2. Московский физико-технический институт
Выпуск: Том 49, № 1 (2023)
Страницы: 33-41
Раздел: ПЫЛЕВАЯ ПЛАЗМА
URL: https://journals.rcsi.science/0367-2921/article/view/139525
DOI: https://doi.org/10.31857/S0367292122600972
EDN: https://elibrary.ru/BFDZFB
ID: 139525

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Проанализированы экспериментально полученные данные о движении одиночной коллоидной частицы в ловушке в приэлектродном слое плазмы ВЧ-разряда. Эксперимент проводился с коллоидами трех типов: непокрытые меламин-формальдегидные частицы, меламин-формальдегидные частицы с тонким медным покрытием и янус-частицы, частично покрытые железом. На коллоиды воздействовал плоский широкий лазерный пучок, позволяя визуализировать их и изменять их кинетическую энергию. Для анализа движения частиц были построены функции их динамической энтропии первого пересечения, найдена область локализации частиц и фрактальная размерность их траекторий. Полученные результаты свидетельствуют о значительном различии между коллоидами разных типов, а также об эволюции их движения с изменением кинетической энергии. Показано, что фрактальная размерность траекторий частиц всех типов является дробной и уменьшается с увеличением их кинетической энергии.

Ключевые слова

коллоидная плазма, фрактальное броуновское движение, активные броуновские частицы, фрактальная размерность

Список литературы

Bechinger C., Di Leonardo D., Löwen H., Reichhardt C., Volpe G., Volpe G. // Rev. Mod. Phys. 2016. V. 88. P. 045006.
Sriram R. // Ann. Rev. Condensed Matter Phys. 2010. V. 1. P. 323.
Schweitzer F. Brownian agents and active particles: Collective dynamics in the natural and social sciences. Heidelberg, Germany: Springer-Verlag, 2007.
Friedrich B.M., Julicher F. // New J. Phys. 2008. V. 10(12). P. 123025.
Sokolov A., Aranson I.S., Kessler J.O., Goldstein R.E. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98(15). P. 158102–4.
Drescher K., Goldstein R.E., Michel N., Polin M., Tu-val I. // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 105(16). P. 168101.
Kareiva P.M., Shigesada N. // Oecologia. 1983. V. 56(2–3). P. 234.
Devereux H.L., Twomey C.R., Turner M.S., Thutupal-li S. // J. Royal Soc. Interface. 2021. V. 18. P. 20210114.
Bartumeus F., da Luz M.G.E., Viswanathan G.M., Catalan J. // Ecology. 2005. V. 86(11). P. 3078.
Humphries N.E., Queiroz N., Dyer J.R.M., Pade N.G., Musyl M.K., Schaefer K.M., Fuller D.W., Brunnschwei-ler J.M., Doyle T.K., Houghton J.D.R., Hays G.C., Jones C.S., Noble L.R., Wearmouth V.J., Southall E.J., Sims D.W. // Nature. 2010. 465(7301) P. 1066.
Kummel F., ten Hagen B., Wittkowski R., Buttinoni I., Eichhorn R., Volpe G., Löwen H., Bechinger C. // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. P. 198302.
Kurzthaler C., Devailly C., Arlt J., Franosch T., Poon W.C., Martinez V.A., Brown A.T. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 121. P. 078001.
Ismagilov R.F., Schwartz A., Bowden N., Whitesides G.M. // Angew. Chem. Int. Ed. 2002. V. 41. P. 652.
Howse J.R., Jones R.A.L., Ryan A.J., Gough T., Vafabakhsh R., Golestanian R. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 99. P. 048102.
Liebchen B., Löwen H. // Acc. Chem. Res. 2018. V. 51(12). P. 2982.
Weber C.A., Hanke T., Deseigne J., Léonard S., Dau-chot O., Frey E., Chaté H. // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. P. 208001.
Scholz C., Engel M., Pöschel T. // Nature Commun. 2018. V. 9. 931.
Patterson G.A., Fierens P.I., Jimka F.S., König P., Garcimartín A., Zuriguel I., Pugnaloni L.A., Parisi D.R. // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 119. P. 248301.
Scholz C., Jahanshahi S., Ldov A., Löwen H. // Nature Commun. 2018. V. 9. P. 5156.
Palacci J., Sacanna S., Steinberg A.P., Pine D.J., Chaikin P.M. // Science. 2013. V. 339. P. 936.
Caprini L., Marconi U.M.B., Puglisi A. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124 (7). P. 078001.
Caporusso C.B., Digregorio P., Levis D., Cugliandolo L.F., Gonnella G. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 125 (17). P. 178004.
Kaiser A., Wensink H.H., Löwen H. // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. P. 268307.
Mijalkov M., Volpe G. // Soft Matter. 2013. V. 9. P. 6376.
Grünwald M., Tricard S., Whitesides G.M., Geissler P.L. // Soft Matter. 2016. V. 12(5). P. 1517.
Hu J., Zhou S., Sun Y., Fang X., Wu L. // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41 (11). P. 4356.
Walther A., Mueller A.H.E. // Chem. Rev. 2013. V. 113 (7). P. 5194.
Su H., Hurd Price C.-A., Jing L., Tian Q., Liu J., Qian K. // Materials Today Bio. 2019. V. 4. P. 100033.
Koss X.G., Kononov E.A., Lisina I.I., Vasiliev M.M., Petrov O.F. // Molecules. 2022. V. 27. P. 1614.
Petrov O.F., Statsenko K.B., Vasiliev M.M. // Sci. Rep. 2022. V. 12. P. 8618.
Косс К.Г., Петров О.Ф., Мясников М.И., Стацен-ко К.Б., Васильев М.М. // ЖЭТФ. 2016. Т. 150. С. 111.
Koss X.G., Petrov O.F., Statsenko K.B., Vasiliev M.M. // European Phys. Lett. 2018. V. 124. P. 45001.
Petrov O.F., Boltnev R.E., Vasiliev M.M. // Sci. Rep. 2022. V. 12. P. 6085.
Lisin E.A., Kononov E.A., Sametov E.A., Vasiliev M.M., Petrov O.F. // Molecules. 2021. V. 26. P. 7535.
Löwen H. // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. P. 040901.
Mukundarajan H., Bardon T. C., Kim D. H., Prakash M. // J. Exp. Biol. 2016. V. 219. P. 752.
Lisin E.A., Vaulina O.S., Lisina I.I., Petrov O.F. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. V. 23. P. 16248.
Nosenko V., Luoni F., Kaouk A., Rubin-Zuzic M., Tho-mas H. // Phys. Rev. Res. 2020. V. 2. P. 033226.
Arkar K., Vasiliev M.M., Petrov O.F., Kononov E.A., Trukhachev F.M. // Molecules. 2021. V. 26(3). P. 561.
Lloyd S. // IEEE Control Systems Magazine. 2001. V. 21(4). P. 7.
Azua-Bustos A., Vega-Martínez C. // Internat. J. Astrobiology. 2013. V. 12. P. 314.
Gaspard P., Wang X.-J. // Phys. Rep. 1993. V. 235. P. 291.
Allegrini P., Douglas J.F., Glotzer S.C. // Phys. Rev. E. 1999. V. 60. P. 5714.
https://microparticles.de/
Kononov E.A., Vasiliev M.M., Vasilieva E.V., Petrov O.F. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 2931.
Schmidt C., Piel A. // Phys. Rev. E. 2015. V. 92(4). P. 043106.
Ваулина О.С., Лисин Е.А., Гавриков А.В., Петров О.Ф., Фортов В.Е. // ЖЭТФ. 2010. Т. 137. С. 751.
Feng Y., Goree J., Liu B. // Rev. Sci. Instruments. 2011. V. 82(5). P. 053707.
Du C.-R., Nosenko V., Thomas H.M., Müller A., Lipaev A.M., Molotkov V.I., Fortov V.E., Ivlev A.V. // New J. Phys. 2017. V. 19. P. 073015.
Dellago Ch., Posch H.A. // Physica A. 1996. V. 230. P. 364.
Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. San Francisco: W.H. Freeman and co., 1982.
Uhlenbeck G.E., Ornstein L.S. // Phys. Rev. 1930. V. 36(5). P. 823.
Фортов В.Е., Петров О.Ф., Ваулина О.С., Косс К.Г. // Письма ЖЭТФ. 2013. Т. 97. С. 366.