Моделювання ретчет-ефекту методом теорії ігор при стохастичних флуктуаціях двоямного потенціалу
The ratchet effect is a directed nanoparticle flux phenomenon induced by nonequilibrium fluctuations in a system with spatial and (or) temporal asymmetry. One is used as the way to create a controlled nanotransport and is the basis of the theory of Brownian motors. Fluctuation motion simulation is a...
Gespeichert in:
| Datum: | 2022 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/638 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543939979378688 |
|---|---|
| author | Terets, A. D. Mashira, V. A. Korochkova, T. Ye. |
| author_facet | Terets, A. D. Mashira, V. A. Korochkova, T. Ye. |
| author_sort | Terets, A. D. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-09-17T11:36:12Z |
| description | The ratchet effect is a directed nanoparticle flux phenomenon induced by nonequilibrium fluctuations in a system with spatial and (or) temporal asymmetry. One is used as the way to create a controlled nanotransport and is the basis of the theory of Brownian motors. Fluctuation motion simulation is a promising way to calculate the main characteristics of Brownian motors, it avoids complex calculations and quickly obtains predictions about the appearance or absence of generated directional motion in a specific model. Nonequilibrium fluctuations are usually introduced into the system by a dichotomous process that switches two periodic asymmetric potential profiles at certain fixed intervals (deterministic process), or randomly with average potential lifetimes (stochastic process). We investigate the modeling of the process of the ratchet effect in the framework of the Brownian motor jump-like model by the method of Parrondo’s paradoxical game for the stochastic dichotomous process and compare results with a similar deterministic process. A calculus method for the main characteristics obtaining of the motor with stochastic dichotomous process is proposed, it is shown correspondence to the analytical description of this model in extreme cases. It is shown that the stochasticity of the process directly affects the characteristics of the ratchet effect: the trajectories of the average displacements of nanoparticles fundamentally differs in the deterministic description, and a gradual difference in these processes is observed at low values. The study of asymmetric dichotomous processes for different temperature modes of motor operation is carried out. The model allows one to analyze the peculiarities of the directional motion starting at the level of single jumps, as well as to formulate recommendations for possible improvement of motor efficiency for different temperatures. For high-temperature mode, it is advisable to reduce the lifetime of the state with the active potential, and for low-temperature mode, arbitrary, it should be increased. |
| first_indexed | 2025-09-24T17:25:25Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-638 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-02T15:19:44Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6382022-09-17T11:36:12Z Ratchet effect modeling by method of paradoxical games for stochastic fluctuations of double-well potential Моделювання ретчет-ефекту методом теорії ігор при стохастичних флуктуаціях двоямного потенціалу Terets, A. D. Mashira, V. A. Korochkova, T. Ye. ratchet effect game theory approach Parrondo’s paradoxical game nonequilibrium fluctuations spatial asymmetry temporal asymmetry stochastic dichotomous process jump-like model Brownian motor diffusion nanotransport ретчет-ефект метод теорії ігор парадоксальні ігри Паррондо нерівноважні флуктуації просторова асиметрія часова асиметрія стохастичний дихотомний процес стрибкова модель броунівський мотор дифузійний нанотранспорт The ratchet effect is a directed nanoparticle flux phenomenon induced by nonequilibrium fluctuations in a system with spatial and (or) temporal asymmetry. One is used as the way to create a controlled nanotransport and is the basis of the theory of Brownian motors. Fluctuation motion simulation is a promising way to calculate the main characteristics of Brownian motors, it avoids complex calculations and quickly obtains predictions about the appearance or absence of generated directional motion in a specific model. Nonequilibrium fluctuations are usually introduced into the system by a dichotomous process that switches two periodic asymmetric potential profiles at certain fixed intervals (deterministic process), or randomly with average potential lifetimes (stochastic process). We investigate the modeling of the process of the ratchet effect in the framework of the Brownian motor jump-like model by the method of Parrondo’s paradoxical game for the stochastic dichotomous process and compare results with a similar deterministic process. A calculus method for the main characteristics obtaining of the motor with stochastic dichotomous process is proposed, it is shown correspondence to the analytical description of this model in extreme cases. It is shown that the stochasticity of the process directly affects the characteristics of the ratchet effect: the trajectories of the average displacements of nanoparticles fundamentally differs in the deterministic description, and a gradual difference in these processes is observed at low values. The study of asymmetric dichotomous processes for different temperature modes of motor operation is carried out. The model allows one to analyze the peculiarities of the directional motion starting at the level of single jumps, as well as to formulate recommendations for possible improvement of motor efficiency for different temperatures. For high-temperature mode, it is advisable to reduce the lifetime of the state with the active potential, and for low-temperature mode, arbitrary, it should be increased. Ретчет-ефект – феномен виникнення направлених потоків наночастинок за допомогою введення в систему з просторовою та (або) часовою асиметрією нерівноважних флуктуацій. Він використовується як один із способів створення керованого нанотранспорту і є основою теорії броунівських моторів. Моделювання флуктуаційного руху – це перспективний спосіб чисельних розрахунків основних характеристик броунівських моторів, він дозволяє уникнути складних обчислень і швидко отримати прогнози щодо можливості або неможловості генерації направленого руху в конкретно обраній моделі. При моделюванні зазвичай нерівноважні флуктуації вводяться в систему за допомогою дихотомного процесу, який переключає два періодичні асиметричні потенціальні профілі через певні фіксовані проміжки часу (детерміністичний процес) або випадково, із середніми часами життя потенціалів (стохастичний процес). В даній роботі досліджується моделювання процесу виникнення ретчет-ефекту в рамках стрибкової моделі броунівського мотора методом парадоксальних ігор Паррондо для стохастичного дихотомного процесу і проводиться порівняння з аналогічним детерміністичним процесом. Запропоновано методику розрахунку основних характеристик мотора для стохастичного дихотомного процесу і показано, що вона у граничних випадках відповідає аналітичному опису цієї моделі. Показано, що стохастичність процесу безпосередньо впливає на характеристики ретчет-ефекту: поведінка траєкторій середніх зміщень наночастинок набуває принципово іншого характеру, ніж в детерміністичному описі, причому значима відмінність у цих процесах проявляється при малих значеннях часів життя станів. Проведено дослідження несиметричних дихотомних процесів для різних температурних режимів роботи мотора, що дозволило проаналізувати особливості виникнення направленого руху на рівні одиничних стрибків, а також сформулювати рекомендації щодо можливого покращення ефективності роботи мотора для різних температур: для високотемпературного режиму роботи доцільно скорочувати час життя стану з включеним потенціалом, а для низькотемпературного режиму його, навпаки, потрібно збільшувати. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2022-08-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/638 10.15407/hftp13.03.338 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 13 No. 3 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 338-348 Химия, физика и технология поверхности; Том 13 № 3 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 338-348 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 13 № 3 (2022): Хімія, фізика та технологія поверхні; 338-348 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp13.03 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/638/651 Copyright (c) 2022 A. D. Terets, V. A. Mashira, T. Ye. Korochkova |
| spellingShingle | ретчет-ефект метод теорії ігор парадоксальні ігри Паррондо нерівноважні флуктуації просторова асиметрія часова асиметрія стохастичний дихотомний процес стрибкова модель броунівський мотор дифузійний нанотранспорт Terets, A. D. Mashira, V. A. Korochkova, T. Ye. Моделювання ретчет-ефекту методом теорії ігор при стохастичних флуктуаціях двоямного потенціалу |
| title | Моделювання ретчет-ефекту методом теорії ігор при стохастичних флуктуаціях двоямного потенціалу |
| title_alt | Ratchet effect modeling by method of paradoxical games for stochastic fluctuations of double-well potential |
| title_full | Моделювання ретчет-ефекту методом теорії ігор при стохастичних флуктуаціях двоямного потенціалу |
| title_fullStr | Моделювання ретчет-ефекту методом теорії ігор при стохастичних флуктуаціях двоямного потенціалу |
| title_full_unstemmed | Моделювання ретчет-ефекту методом теорії ігор при стохастичних флуктуаціях двоямного потенціалу |
| title_short | Моделювання ретчет-ефекту методом теорії ігор при стохастичних флуктуаціях двоямного потенціалу |
| title_sort | моделювання ретчет-ефекту методом теорії ігор при стохастичних флуктуаціях двоямного потенціалу |
| topic | ретчет-ефект метод теорії ігор парадоксальні ігри Паррондо нерівноважні флуктуації просторова асиметрія часова асиметрія стохастичний дихотомний процес стрибкова модель броунівський мотор дифузійний нанотранспорт |
| topic_facet | ratchet effect game theory approach Parrondo’s paradoxical game nonequilibrium fluctuations spatial asymmetry temporal asymmetry stochastic dichotomous process jump-like model Brownian motor diffusion nanotransport ретчет-ефект метод теорії ігор парадоксальні ігри Паррондо нерівноважні флуктуації просторова асиметрія часова асиметрія стохастичний дихотомний процес стрибкова модель броунівський мотор дифузійний нанотранспорт |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/638 |
| work_keys_str_mv | AT teretsad ratcheteffectmodelingbymethodofparadoxicalgamesforstochasticfluctuationsofdoublewellpotential AT mashirava ratcheteffectmodelingbymethodofparadoxicalgamesforstochasticfluctuationsofdoublewellpotential AT korochkovatye ratcheteffectmodelingbymethodofparadoxicalgamesforstochasticfluctuationsofdoublewellpotential AT teretsad modelûvannâretčetefektumetodomteorííígorpristohastičnihfluktuacíâhdvoâmnogopotencíalu AT mashirava modelûvannâretčetefektumetodomteorííígorpristohastičnihfluktuacíâhdvoâmnogopotencíalu AT korochkovatye modelûvannâretčetefektumetodomteorííígorpristohastičnihfluktuacíâhdvoâmnogopotencíalu |