Пульсуючий броунівський мотор з плавними модельними потенціалами в наближенні малих флуктуацій
Brownian motors belong to the class of nanoscale devices that use the thermal noise of the environment as one of the necessary components in the mechanism of their operation. Today, there are a lot of practical implementations of such nanomachines, both inorganic, fairly simple mechanisms produced a...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/718 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| id |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-718 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-06-19T09:44:14Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
броунівські мотори нанорозмірні механізми дифузійний транспорт ретчет-ефект направлений рух наночастинок модельні потенціали теорії броунівських моторів температурно-частотне керування |
| spellingShingle |
броунівські мотори нанорозмірні механізми дифузійний транспорт ретчет-ефект направлений рух наночастинок модельні потенціали теорії броунівських моторів температурно-частотне керування Korochkova, T. Ye. Пульсуючий броунівський мотор з плавними модельними потенціалами в наближенні малих флуктуацій |
| topic_facet |
Brownian motors nanoscale mechanisms diffusion transport ratchet effect directed motion of nanoparticles modeling potentials in the theory of Brownian motors temperature-frequency control броунівські мотори нанорозмірні механізми дифузійний транспорт ретчет-ефект направлений рух наночастинок модельні потенціали теорії броунівських моторів температурно-частотне керування |
| format |
Article |
| author |
Korochkova, T. Ye. |
| author_facet |
Korochkova, T. Ye. |
| author_sort |
Korochkova, T. Ye. |
| title |
Пульсуючий броунівський мотор з плавними модельними потенціалами в наближенні малих флуктуацій |
| title_short |
Пульсуючий броунівський мотор з плавними модельними потенціалами в наближенні малих флуктуацій |
| title_full |
Пульсуючий броунівський мотор з плавними модельними потенціалами в наближенні малих флуктуацій |
| title_fullStr |
Пульсуючий броунівський мотор з плавними модельними потенціалами в наближенні малих флуктуацій |
| title_full_unstemmed |
Пульсуючий броунівський мотор з плавними модельними потенціалами в наближенні малих флуктуацій |
| title_sort |
пульсуючий броунівський мотор з плавними модельними потенціалами в наближенні малих флуктуацій |
| title_alt |
Pulsating brownian motor with smooth modeling potentials in the framework of small fluctuation approximation |
| description |
Brownian motors belong to the class of nanoscale devices that use the thermal noise of the environment as one of the necessary components in the mechanism of their operation. Today, there are a lot of practical implementations of such nanomachines, both inorganic, fairly simple mechanisms produced artificially, and more complex ones created from separate biological components available at the cellular level. One of the options for implementing the mechanism of straightening the chaotic thermal noise of the environment into unidirectional motion is the presence of a motor particle in the field of action of an asymmetric periodic stationary potential, which undergoes certain small disturbances (fluctuations) periodically over time. To describe such asymmetric one-dimensional structures (for example, dipole chains or fibers of the cytoskeleton) in the theory of Brownian motors, two model potentials are most often used: piecewise linear sawtooth and double sinusoidal. In this work, within the framework of the approximation of small fluctuations, a model of a pulsating Brownian motor with a stationary double sinusoidal potential and a disturbing small harmonic signal is considered. A new method of parametrization of such a problem is proposed, which allows to separate the contributions from various factors affecting the operation of the ratchet, and the numerical procedure for calculating the average speed of the directional movement of nanoparticles for the selected type of model potentials is specified. A number of numerical dependences of the average speed on the main parameters of the system were obtained. Peculiarities of the behavior of the motor as dependent on the parameter responsible for asymmetry and the number of potential wells on the spatial period of the stationary potential have been investigated. It is shown that the direction of the generated flux of nanoparticles depends not only on the phase shift between the stationary and fluctuating components of the potential, but also on the temperature of the system and the frequency of fluctuations, i.e., a possibility of temperature-frequency control of the direction of movement in the considered model has been found. Diagrams have been constructed that allow you to choose the ratio between the parameters of the nanomotor to create a flux of particles in the desired direction. |
| publisher |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/718 |
| work_keys_str_mv |
AT korochkovatye pulsatingbrownianmotorwithsmoothmodelingpotentialsintheframeworkofsmallfluctuationapproximation AT korochkovatye pulʹsuûčijbrounívsʹkijmotorzplavnimimodelʹnimipotencíalamivnabližennímalihfluktuacíj |
| first_indexed |
2025-07-22T19:35:17Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:45:54Z |
| _version_ |
1849658236785917952 |
| spelling |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7182025-06-19T09:44:14Z Pulsating brownian motor with smooth modeling potentials in the framework of small fluctuation approximation Пульсуючий броунівський мотор з плавними модельними потенціалами в наближенні малих флуктуацій Korochkova, T. Ye. Brownian motors nanoscale mechanisms diffusion transport ratchet effect directed motion of nanoparticles modeling potentials in the theory of Brownian motors temperature-frequency control броунівські мотори нанорозмірні механізми дифузійний транспорт ретчет-ефект направлений рух наночастинок модельні потенціали теорії броунівських моторів температурно-частотне керування Brownian motors belong to the class of nanoscale devices that use the thermal noise of the environment as one of the necessary components in the mechanism of their operation. Today, there are a lot of practical implementations of such nanomachines, both inorganic, fairly simple mechanisms produced artificially, and more complex ones created from separate biological components available at the cellular level. One of the options for implementing the mechanism of straightening the chaotic thermal noise of the environment into unidirectional motion is the presence of a motor particle in the field of action of an asymmetric periodic stationary potential, which undergoes certain small disturbances (fluctuations) periodically over time. To describe such asymmetric one-dimensional structures (for example, dipole chains or fibers of the cytoskeleton) in the theory of Brownian motors, two model potentials are most often used: piecewise linear sawtooth and double sinusoidal. In this work, within the framework of the approximation of small fluctuations, a model of a pulsating Brownian motor with a stationary double sinusoidal potential and a disturbing small harmonic signal is considered. A new method of parametrization of such a problem is proposed, which allows to separate the contributions from various factors affecting the operation of the ratchet, and the numerical procedure for calculating the average speed of the directional movement of nanoparticles for the selected type of model potentials is specified. A number of numerical dependences of the average speed on the main parameters of the system were obtained. Peculiarities of the behavior of the motor as dependent on the parameter responsible for asymmetry and the number of potential wells on the spatial period of the stationary potential have been investigated. It is shown that the direction of the generated flux of nanoparticles depends not only on the phase shift between the stationary and fluctuating components of the potential, but also on the temperature of the system and the frequency of fluctuations, i.e., a possibility of temperature-frequency control of the direction of movement in the considered model has been found. Diagrams have been constructed that allow you to choose the ratio between the parameters of the nanomotor to create a flux of particles in the desired direction. Броунівські мотори належать до класу нанорозмірних пристроїв, які використовують тепловий шум середовища як одну з необхідних складових у механізмі свого функціонування. На сьогодні існує велика кількість практичних реалізацій таких наномашин, як неорганічних, достатньо простих механізмів, сконструйованих штучно, так і більш складних, створених з окремих біологічних компонентів, що доступні на клітинному рівні. Один із варіантів реалізації механізму випрямлення хаотичного теплового шуму середовища в однонаправлений рух - перебування частинки-мотора в полі дії асиметричного періодичного стаціонарного потенціалу, який періодично з часом зазнає певні малі збурення (флуктуації). Для опису таких асиметричних одновимірних структур (наприклад, дипольних ланцюжків або волокон цитоскелета) в теорії броунівських моторів найчастіше застосовується два модельні потенціали: кусково-лінійний пилоподібний і подвійний синусоїдальний. В даній роботі в рамках наближення малих флуктуацій розглядається модель пульсуючого броунівського мотора зі стаціонарним подвійним синусоїдальним потенціалом і збурюючим малим гармонійним сигналом. Запропоновано новий спосіб параметризації такої задачі, що дозволяє розділити вклади від різних факторів, що впливають на роботу ретчета, та уточнено чисельну процедуру розрахунку середньої швидкості направленого руху наночастинок для обраного виду модельних потенціалів. Отримано ряд чисельних залежностей середньої швидкості від основних параметрів системи. Досліджено особливості поведінки мотора в залежності від параметра, що відповідає за асиметрію та кількість потенціальних ям на просторовому періоді стаціонарного потенціалу. Показано, що напрямок згенерованого потоку наночастинок залежить не тільки від фазового зсуву між стаціонарною та флуктуаційною складовими потенціалу, а також від температури системи та частоти флуктуацій, тобто встановлено можливість температурно-частотного керування напрямком руху в розглядуваній моделі. Побудовано діаграми, що дозволяють підібрати співвідношення між параметрами наномотора для створення потоку частинок у потрібному напрямку. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-05-31 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/718 10.15407/hftp15.02.159 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 2 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 159-170 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 2 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 159-170 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 2 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 159-170 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.02 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/718/734 Copyright (c) 2024 T. Ye. Korochkova |