2022年5月27日该期Physical Review Letters发表了施夏清教授与国科大温研院Joan Codina博士，中国科学院物理所Jure Dobnikar教授，法国原子能委员会高级科学家、北京计算科学研究中心Hugues Chaté教授，德国Max-Planck自组织动力学研究所课题组长Benoît Mahault博士，西班牙巴塞罗纳大学复杂系统研究所、瑞士欧洲原子分子计算中心Ignacio Pagonabarraga教授等国内外12家单位横跨整个疫情期间的线上合作研究工作,题为“Small Obstacle in a Large Polar Flock”[PRL 128, 218001 (2022)]。该工作展示了小障碍物可以触发任意大型极化集群运动流反转，非常出人意料。
极性集群运动在活性物质的研究中一直发挥重要的作用。而单一固定障碍物对活性极性集群的影响虽然非常常见，但尚缺乏深入的研究。研究人员采用经典的Vicsek模型研究了这一问题。在这项模拟和理论结合的研究工作中，研究人员发现单一的小障碍物可以对任意大型的极性集群运动产生巨大影响。小障碍物的引入可以激发反向传播的密集的带状结构导致极性集群运动的流反转。通过大型的模拟研究发现这些带状“冲击波”互相穿透叠加，通过非线性的相互作用导致无休止的时空混沌动力学（如图1所示）。研究人员尝试通过流体动力理论解释该现象，发现一般的低阶流体动力学理论无法重现模拟结果，必须依赖高阶截断的Boltzmann动理学方程理论。
图1：活性物理极性集群运动中小障碍物激发的反向传播的带状冲击波。
该研究工作的发现与之前关于手性无序活性物质体系方向序脆弱易失性 [PRL 127, 238001, (2021)]以及淬火无序地貌上极化活性物质集群行为[PRL 126, 178001 (2021)]都向我们展示了活性流体对内禀和外界固定扰动极其敏感的特性。
该工作获得国家自然科学基金委重点项目，优秀青年基金及面上项目的支持。
