アクティブネマティクスにおける集団進化を明らかにするトポロジー構造のダイナミクス

トポロジー欠陥は、細菌コロニー、基板上の細胞骨格抽出物、自己推進粒子やコロイド層などのアクティブな物質において頻繁に出現しますが、それらの動的特性とこれらのアクティブシステムにおける大規模な組織や変動との関係はほとんど触れられていません。ここでは、自己駆動するハードエリプティックロッドを用いたアクティブネマティクスの簡単なモデルを通じて、トポロジー欠陥の励起、消失、輸送が非アクティブ媒体におけるそれとは著しく異なることを明らかにします。これらの動的プロセスは、詳細バランスがない場合のアクティブネマティクスにおいて強い不可逆性を示します。さらに、トポロジー欠陥は大規模な動的構造と集団流れを組織するための重要な要因であり、結果として多空間的時間的な効果を生み出します。これらの発見により、トポロジー構造を通じてアクティブな物質の自己組織化を制御することが可能になります。トポロジー欠陥はさまざまなアクティブシステムで観察されますが、これらの動的特性は大部分が不明です。ここでは、著者たちは自己推進ハードロッドのシミュレーションを使用してアクティブネマティクスにおけるトポロジー欠陥を生成し、その異常な動力学が大規模な集団運動を引き起こす可能性があることを見出しました。