Aktivní Brownovské rohatky
| Název práce v češtině: | Aktivní Brownovské rohatky |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Active Brownian Ratchets |
| Klíčová slova: | Rohatka|Aktivní hmota|Janusova částice|bez-silový |
| Klíčová slova anglicky: | Ratchet|Active Matter|Janus Particle|Force-free |
| Akademický rok vypsání: | 2020/2021 |
| Typ práce: | bakalářská práce |
| Jazyk práce: | čeština |
| Ústav: | Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF) |
| Vedoucí / školitel: | RNDr. Viktor Holubec, Ph.D. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 07.10.2020 |
| Datum zadání: | 14.10.2020 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 30.12.2020 |
| Datum a čas obhajoby: | 14.09.2021 09:00 |
| Datum odevzdání elektronické podoby: | 22.07.2021 |
| Datum odevzdání tištěné podoby: | 22.07.2021 |
| Datum proběhlé obhajoby: | 14.09.2021 |
| Oponenti: | doc. RNDr. Tomáš Novotný, Ph.D. |
| Konzultanti: | RNDr. Artem Ryabov, Ph.D. |
| Zásady pro vypracování |
| Cílem této práce je vytvořit simulaci jednoduché Brownovské rohatky usměrňující pohyb aktivních částic proti působení vnější konstantní síly bez uplatnění vnějšího potenciálu či zdí a prozkoumat její vlastnosti.
Postup práce: • Seznámit se s problematikou Brownovských rohatek a aktivních částic • Napsat a odladit simulaci aktivní Brownovské rohatky • Studovat vlastnosti Brownovské rohatky Práce má teoretický charakter. V případě excelentních výsledků bude možné domluvit experimentální ověření teoretických předpovědí v laboratoři Prof. Franka Cichose na univerzitě v Lipsku. |
| Seznam odborné literatury |
| Active matter:
[1] A. P. Bregulla, H. Yang, and F. Cichos, Stochastic Localization of Microswimmers by Photon Nudging, ACS Nano 8, 7, 6542–6550 (2014), https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn501568e [2] C. Bechinger, R. Di Leonardo, H. Löwen, Ch. Reichhardt, G. Volpe, and G. Volpe, Active particles in complex and crowded environments, Rev. Mod. Phys. 88, 045006 (2016), https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.88.045006 Brownian Ratchets: [3] J.M.R. Parrondo and B.J. de Cisneros, Energetics of Brownian motors: a review, Applied Physics A 75, 179–191 (2002), https://link.springer.com/article/10.1007/s003390201332 [4] P. Hänggi and F. Marchesoni, Artificial Brownian motors: Controlling transport on the nanoscale, Rev. Mod. Phys. 81, 387 (2009), https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.81.387 Stochastic analysis and Brownian motion [5] D. T. Gillespie, Markov Processes: An Introduction for Physical Scientist, Gulf Professional Publishing, 1992 [6] K. Sekimoto, Stochastic Energetics, Springer, 2010 [7] N. Van Kampen, Stochastic Processes in Physics and Chemistry, Elsevier Science, 2011 [8] H. Risken, The Fokker-Planck Equation: Methods of Solution and Applications, Springer Series in Synergetics, 1996 |
| Předběžná náplň práce |
| Brownovské rohatky jsou zařízení schopná pumpovat částice "do kopce" bez uplatnění globální síly. Klíčem k jejich funkci je chytré směrování náhodných tepelných sil, kterými na pumpované částice působí jejich okolí, například voda nebo vzduch. Obecně je toto směrování docíleno narušením prostorové a případně i časové symetrie problému. V drtivé většině dosud realizovaných rohatek se uplatňuje asymetrický potenciál, či potrubí s asymetickým profilem.
V poslední době získává stále větší pozornost fyzika tzv. aktivních částic, což jsou částice, které mají nějaký vlastní "motor" a tedy ke svému pohybu nepotřebují vnější sílu. Příklady je možné nalézt na všech škálách od bakterií, přez hmyz, po ptáky. Nejnovější poznatky o chování těchto částic za podmínek jejich prostově závislé aktivity, tj. v případě, že je rychlost jejich autonomního pohybu závislá na poloze, naznačují, že aktivní částice mohou být pumpovány proti působící sílé i bez přítomnosti potenciálu, či zdí. |