空时非对称分数阶类Langevin棘齿

研究了空时非对称分数阶类Langevin分子马达棘齿模型,其中势函数是空间对称破缺的周期势,时间非对称类Langevin噪声由Logistic映射生成,而分数阶则刻画了分子马达工作环境的非理想程度.通过将模型转化为离散映射,即研究其整时间点情形,数值模拟了噪声的时间非对称性、势函数的空间非对称性以及分数阶对模型定向输运行为的影响.数值模拟结果表明:噪声的时间非对称性是定向流产生的根源,而势函数的空间非对称性能够与其进行竞争与协作,并在适当的参数条件下导致定向流的逆转;分数阶仅影响定向流的大小而不改变其方向.与经典的整数阶分子马达模型或时间非对称分数阶分子马达棘齿模型相比,该模型可以更为真实地描述分子马达的噪声整流工作机理.     

时间非对称外力驱动分数阶布朗马达的定向输运

本文研究了周期对称势中时间非对称外力驱动的布朗粒子输运现象, 建立了分数阶布朗马达输运模型. 其中外力是零均值的, 而分数阶阶数则刻画了客观环境的非均匀性程度. 通过将模型离散化进行数值模拟, 讨论了分数阶阶数、系统参量和外部参量与定向流之间的依赖关系. 研究表明, 即使没有倾斜势场的作用, 时间非对称外力也可以诱导系统产生定向输运; 输运速度随分数阶阶数的增大而单调递增; 当阶数固定时, 系统的输运速度会随着势垒高度、噪声强度非单调变化, 表现出广义随机共振现象. 分析指出, 分数阶郎之万方程所刻画的输运现象是在整数阶模型基础上的一个推广, 进而为输运现象提供了一个可能更为真实的模型.     

分数阶非对称耦合系统在对称周期势中的定向输运

在没有外力且周期势对称的情况下,对非对称耦合粒子链的运动,以具备更强刻画能力的分数阶微积分理论建立了分数阶模型,对其定向输运现象进行针对性研究,采用分数阶差分法进行数值求解并分析系统参数对定向输运速度的影响.相应仿真表明,分数阶非对称耦合系统在没有外力和噪声驱动的情况下仍能产生定向输运,且输运速度随阶数的增大而增大;当阶数固定时,粒子链平均速度随耦合强度和势垒高度非单调变化;当系统存在噪声时,粒子链平均速度出现了广义随机共振现象,且通过调节其他参数,可使得系统对噪声免疫甚至使噪声促进定向输运.     

分数阶双头分子马达的欠扩散输运现象

研究具有幂律记忆性的细胞液中双头分子马达的定向输运现象,选取幂函数作为广义Langevin方程的阻尼核函数,建立了分数阶过阻尼耦合Brown马达模型,讨论了阶数及耦合系数对双头分子马达定向输运速度的影响. 仿真结果表明,分数阶过阻尼双头分子马达也会产生定向输运现象,并且在某些阶数下会产生整数阶情形所不具有的反向定向流. 当噪声强度固定时,输运速度随着阶数以及耦合系数的变化均会出现广义随机共振现象. 特别地,研究发现双头分子马达在记忆闪烁棘轮势中具有某些单头分子马达所不具备的运动特性,定向流的大小和方向由噪声与双头间作用力相互耦合控制. 关键词： 分数阶双头分子马达 欠扩散 定向输运 广义随机共振     

分数阶布朗马达在闪烁棘齿势中的合作输运现象

引入分数阶微积分理论,建立耦合分数阶布朗马达在闪烁棘齿势中的合作输运模型, 利用分数阶差分法求得模型数值解并分析了模型参数对合作定向输运性质的影响. 发现在具有记忆性的分数阶棘齿系统中, 系统阶数与粒子间耦合强度不仅可影响粒子链输运速度, 还可使粒子链出现与整数阶方向相反的定向流; 在阶数固定下, 定向输运速度将随参数(噪声强度、耦合强度、棘齿势峰值高度)变化出现广义随机共振现象. 关键词： 分数阶布朗马达 闪烁棘齿势 合作定向输运 广义随机共振     

涨落作用下周期驱动的分数阶过阻尼棘轮模型的混沌输运现象

考虑涨落作用下周期驱动的过阻尼分数阶棘轮模型, 通过模型的数值求解, 研究确定性棘轮的混沌特性与噪声的作用对输运行为的影响, 进而讨论过阻尼分数阶分子马达反向输运的机理. 分析表明: 随着势垒高度、 势不对称性与模型记忆性的变化, 随机棘轮的反向输运并不必然地要求确定性棘轮也反向输运; 随着模型阶数的减小, 亦即分数阻尼介质记忆性的增强, 确定性棘轮在反向输运之前会经历一个周期倍化导致的混沌状态, 但在噪声作用下, 反向流的发生会提前, 即混沌状态的确定性棘轮在噪声的作用下即可进行反向输运. 也就是说, 噪声能定性地改变棘轮的输运状态: 从无噪声时的混沌运动到有噪声时的定向输运. 这是过阻尼随机棘轮反向输运的一种机理, 也是噪声在定向输运过程中发挥积极作用的一个体现.     

分数阶Brown马达及其定向输运现象

选取幂函数作为广义Langevin方程的阻尼核函数,采用闪烁棘轮势,建立了过阻尼分数阶Brown马达模型.结合分数阶微积分的记忆性,分析了粒子在过阻尼分数阶Brown马达作用下的运动特性.研究发现,较之整数阶情形,过阻尼分数阶Brown马达也会产生定向输运现象,并且在某些阶数下会产生整数阶情形所不具有的反向定向流.此外,还讨论了阶数和噪声强度对系统输运速度的影响,发现当阶数固定时,其平均输运速度会随噪声变化出现随机共振;当噪声强度固定时,其输运速度会随阶数变化而振荡,即出现多峰的广义随机共振现象.     

带反馈的分数阶耦合布朗马达的定向输运

研究具有幂律记忆性的带反馈耦合布朗马达的定向输运现象, 引入分数阶理论, 建立了带反馈的分数阶耦合布朗马达模型, 利用分数阶差分法求得模型数值解并分析了模型参数对合作定向输运性质的影响. 仿真结果表明, 系统的记忆性通过影响带反馈的棘齿势的打开和闭合而影响粒子的定向输运, 即当系统的阶数在较小的范围内, 系统的记忆性会使带反馈的棘齿势的开关频率增加, 从而增大定向流速; 当系统其他参数(势垒高度、噪声强度等)固定时, 输运速度随着阶数的变化出现广义随机共振现象.     

基于冲击力模型的分子马达动力学分析

从分子马达输运特点和实验现象出发,建立满足朗之万方程的冲击力模型,分析分子马达定向输运的动力学行为.研究发现:在合适的冲击力和噪声强度的共同作用下,分子马达可以稳定的梯跳跃迁运动和有效的输运;分子马达在轨运动的方向由冲击力的方向决定;另外,虽然在不同的噪声强度时平均速度都不为零,但是整个分子马达系综的高效输运对噪声强度有一定的选择性;系综的平均速度随着负载力的增大而减小,甚至会产生反方向的运动.     

双频驱动下分数阶过阻尼马达在空间对称势中的定向输运

从阻尼对历史加速度记忆的角度出发,对阶数p∈(0,2)的分数阶阻尼物理意义给出了统一的合理解释,具体分析了不同阶数下的阻尼记忆特性,在此基础上研究了空间对称势中分数阶单分子马达在无偏置双频简谐激励下的输运问题,通过数值方法分析了输运速度与模型各参数的关系以及分数阶阻尼对输运现象的影响机理.研究表明,在不同阶数下历史加速度对当前时刻阻尼力的贡献与距当前时刻的时间长度呈单增或单减关系;在适当参数下输运速度随空间势深和外力频率的增大均会出现广义共振现象,特别地,在存在输运且阻尼阶数较大的情况下输运速度随势深增大出现阶梯状变化而与外力频率呈正比例关系;输运速度及方向对外力波形十分敏感,在不同外力下阻尼力的记忆性会分别促进或阻碍粒子跃迁,甚至引发与整数阶方向相反的定向流.     

二维非对称周期时移波状通道中的粒子定向输运问题

目前关于通道中粒子的输运问题大部分是在静态边界的情形下研究的,但时变通道中的粒子输运问题的研究显然具有重要价值和意义.为此,本文讨论了二维非对称周期时移波状通道中的粒子定向输运问题,详细分析了该模型的输运机理,利用数值仿真讨论了输运速度与通道参数和噪声强度的关系研究发现,通道沿延伸方向的非对称周期时移会使粒子位置分布在通道横截方向上表现出非对称性,粒子总体在通道延伸方向会表现出定向输运流.定向流平均速度与通道对称参数成正比例关系,随通道宽度的增加而递减,随通道空间频率及时间频率变化均会出现广义共振现象;随着噪声强度的增加,定向流速度会先增大后减小,即适当的噪声可以增强系统的输运行为.     

基于三磷酸腺苷调节的分子马达单向能量跃迁模型

分子马达的梯跳运动和在过阻尼溶液中动力学原理尚未揭示清楚, 从分子马达输运特点和实验现象出发, 构建满足朗之万方程的单向能量跃迁模型, 并通过Monte Carlo方法分析了分子马达的随机动力学行为. 结果表明, 在合适的跃迁能量作用下, 分子马达可以利用噪声进行稳定的梯跳运动和有效的输运, 但负载力会减弱分子马达系统的输运能力; 轨道周期势虽影响分子马达速度的大小但不会改变其运动方向, 分子马达运动方向由跃迁能量决定; 另外, 虽然在不同的噪声强度时平均速度不为零, 但是分子马达系统的高效输运对噪声有一定选择性. 关键词： 分子马达 能量跃迁 朗之万方程 噪声强度     

反馈控制棘轮的定向输运效率研究

研究了反馈耦合布朗棘轮中粒子处于负载力、时变外力及噪声作用下的定向输运问题.详细讨论了外力作用时间的不对称性、外势空间的不对称性及外力周期等对反馈耦合棘轮中粒子输运效率的影响.研究发现,外力的时间不对称度能促进反馈棘轮中粒子的定向输运,随时间不对称度的增大,反馈棘轮中粒子能获得较大的效率.然而,外势空间的不对称度能有效抑制耦合棘轮中粒子的扩散,达到增强耦合粒子定向输运的效果.同时还发现,存在最优的噪声强度能使耦合粒子的输运效率达到最大.     

耦合分数阶布朗马达在非对称势中的输运

讨论了分数阶Frenkel-Kontorova模型的物理意义, 并应用该模型刻画了耦合粒子链在记忆性介质中的输运现象, 研究了各参数对粒子链运动状态的影响. 数值仿真结果表明: 系统的记忆性对粒子链的运动有显著影响, 尤其出现了在非记忆性情况下所不具有的反向流. 同时发现粒子链的平均流速会随耦合强度、分数阶的阶数变化而产生广义共振; 此外, 平均流速还会随噪声强度的变化出现广义随机共振现象. 关键词： 分数阶Frenkel-Kontorova模型 记忆性介质 随机共振 定向输运反向流     

系统非对称性及记忆性对布朗马达输运行为的影响

在对分数阶布朗马达输运现象研究的基础上,引入了描述系统势场对称性的参数(简称对称性参数),并详细分析了该参数及记忆性参数(分数阶阶数)对粒子输运状态的影响.仿真结果表明,分数阶阶数和对称性参数的共同作用会使得布朗粒子形成定向输运反向流,反向后达到最大平均流速所对应的阶数与外加驱动力频率无关联,但会随对称性参数的增加而单调递增.     

含关联噪声的空间分数阶随机生长方程的动力学标度行为研究

为探讨含关联噪声的空间分数阶随机生长方程的动力学标度行为,本文利用Riesz分数阶导数和Grümwald-Letnikov分数阶导数定义方法研究了关联噪声驱动下的空间分数阶Edwards-Wilkinson (SFEW)方程在1+1维情况下的数值解,得到了不同噪声关联因子和分数阶数时的生长指数、粗糙度指数、动力学指数等,所求出的临界指数均与标度分析方法的结果相符合.研究表明噪声关联因子和分数阶数均影响到SFEW方程的动力学标度行为,且表现为连续变化的普适类.     

驱动马达定向运动的随机动力学模型

本文在非对称周期势中考虑驱动马达的机械化学耦合,基于布朗马达的工作原理,利用MATLAB数值模拟驱动马达在一定实验条件下的运动特征.我们首先模拟了单个驱动马达的位移和速度随时间变化的图像,然后分别计算了多个驱动马达运动的平均速度,最后计算了不同负载力条件下马达运动速度的系综平均值.模拟结果表明驱动马达在定向运动中存在等...     

高斯白噪声对神经元二维映射模型动力学的影响

从神经元二维映射模型出发，用高斯白噪声模拟了神经元的噪声环境，进而研究了高斯白噪声对参数空间相图的影响.研究发现，噪声可以提高系统的可兴奋性.通过数值模拟研究了噪声引起的相干共振现象.结果表明，只有当系统参数选取在静息区域且接近连续点火和静息状态分界线时才可以得到相干共振现象. 关键词： 高斯白噪声 神经元二维映射模型 相图 相干共振     

含有偏置电压源的非齐次分数阶忆阻混沌电路动力学分析与实验研究

物理忆阻器具有不对称的紧磁滞回线,为了更加简便地模拟物理忆阻器的不对称紧磁滞曲线,本文提出了一种含有偏置电压源的分数阶二极管桥忆阻器模型,其具有可连续调控磁滞回线的能力.首先,结合分数阶微积分理论,建立了含有偏置电压源的二极管桥忆阻器的分数阶模型,并对其电气特性进行分析.其次,将其与Jerk混沌电路相融合,建立了含有偏置电压源的非齐次分数阶忆阻混沌电路模型,研究了偏置电压对其系统动态行为的影响.再次,在PSpice中搭建了分数阶的等效电路模型,并对其进行电路仿真验证,实验结果与数值仿真基本一致.最后,在Lab VIEW中完成了电路实验,验证了理论分析的正确性与可行性.结果表明,含有偏置电压源的分数阶忆阻器,可以通过调控偏置电压源的电压,连续获得不对称紧磁滞回线.随着偏置电源电压的改变,非齐次分数阶忆阻混沌系统由于对称性的破环,表现出由倍周期分岔进入混沌的行为.     

非对称耦合粒子链在棘齿势中的确定性定向输运

针对不受外力和噪声驱动的非对称耦合粒子链在棘齿势中的运动, 建立了相应的数学模型, 并对其确定性定向输运现象进行研究. 仿真结果表明: 在粒子间的非对称耦合和具有空间反演非对称的棘齿势的共同作用下, 粒子链能够产生定向输运现象, 并在适当参数条件下还能形成反向定向流; 粒子链平均速度关于耦合系数、势垒高度、弹簧自由长度等系统参数分别都存在广义共振现象, 即存在最佳参数使得定向输运速度达到最大; 在其他参数固定的情况下, 粒子链平均速度关于弹簧自由长度变化的曲线具有近似反对称的特点, 并存在广义多峰共振现象.