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过阻尼布朗棘轮的斯托克斯效率研究

吕明涛 延明月 艾保全 高天附 郑志刚

过阻尼布朗棘轮的斯托克斯效率研究

吕明涛, 延明月, 艾保全, 高天附, 郑志刚
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  • 根据随机能量理论解析得到阻尼环境中布朗粒子的概率流和斯托克斯效率,并进一步研究布朗粒子的输运性能.详细讨论了空间的不对称性、外偏置力及外势结构等对棘轮定向输运的影响.研究发现,合适的外偏置力能使棘轮的定向输运达到最强.通过调节外势的不对称性可使棘轮中粒子的运动反向,当选择合适的空间不对称性时布朗粒子的反向输运可获得最强.此外,一定条件下合适的外势高度也能增强棘轮输运,且能使粒子克服黏滞阻力的斯托克斯效率达到最大.所得结论能够启发实验上设计合适的外势及外偏置来优化布朗棘轮的定向输运性能,并为生物纳米器件的研制提供一定的理论参考.
      通信作者: 高天附, tianfugao@synu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11475022,11347003)、华侨大学科研启动费项目和沈阳师范大学优秀人才支持计划(批准号:91400114005)和高等学校热力学与统计物理课程教学研究项目资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-27
  • 修回日期:  2017-08-27
  • 刊出日期:  2017-11-05

过阻尼布朗棘轮的斯托克斯效率研究

  • 1. 沈阳师范大学物理科学与技术学院, 沈阳 110034;
  • 2. 华南师范大学物理与电信工程学院, 广州 510006;
  • 3. 华侨大学信息科学与工程学院, 厦门 361021
  • 通信作者: 高天附, tianfugao@synu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11475022,11347003)、华侨大学科研启动费项目和沈阳师范大学优秀人才支持计划(批准号:91400114005)和高等学校热力学与统计物理课程教学研究项目资助的课题.

摘要: 根据随机能量理论解析得到阻尼环境中布朗粒子的概率流和斯托克斯效率,并进一步研究布朗粒子的输运性能.详细讨论了空间的不对称性、外偏置力及外势结构等对棘轮定向输运的影响.研究发现,合适的外偏置力能使棘轮的定向输运达到最强.通过调节外势的不对称性可使棘轮中粒子的运动反向,当选择合适的空间不对称性时布朗粒子的反向输运可获得最强.此外,一定条件下合适的外势高度也能增强棘轮输运,且能使粒子克服黏滞阻力的斯托克斯效率达到最大.所得结论能够启发实验上设计合适的外势及外偏置来优化布朗棘轮的定向输运性能,并为生物纳米器件的研制提供一定的理论参考.

English Abstract

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