表面自组装纳米结构形成与演变规律的介观理论研究

摘要

本项目的主要目标,是应用和发展介观统计力学理论与方法,重点研究表面等体系中自组装纳米结构的形成机理和相变动力学规律.基因开关体系是典型的非平衡自组装系统,传统动力学方程预言其存在两个稳态和一个不稳态.2012年,设计合成了简单的人工基因网络,实验发现体系可以在上述不稳态附近出现第3个稳态.理论和模拟结果的分析表明,这种现象是小体系中关键反应物分子数极少所导致的一种离散的、非线性效应。自驱动粒子系统的动态自组装行为近年受到大量关注。2012年，通过前向流采样方法，研究了软核势相互作用的自驱动粒子体系的态转变行为，发现在噪声的诱导作用下，不同手性的涡旋斑图之间可以突然反转。基于路径采样，发现反转总是首先起源于外围粒子。2013年，建立了一个综合考虑长程流体力学作用、分子马达驱动作用、纤丝自身的柔性、以及流体粘滞作用的柔性分子链理论模型，研究了二维表面上分子马达驱动下的活性纤丝的自组织动力学，发现随着链刚性或驱动力的降低，纤丝可以由平动通过横向失稳的方式转变成蛇行运动，并进一步通过形状变化的对称性破缺形成旋转运动。