反馈耦合布朗棘轮的定向输运研究

摘要

布朗棘轮是利用时间或空间的不对称性将热涨落整流为定向输运的非平衡系统，其定向输运机制不仅对于生命科学的研究具有非常重要的意义，并已成为物理学、生物学、纳米技术等领域中的热点研究问题。
　　本论文通过对朗之万方程的数值求解，讨论了无外力与存在外力时，分别处在单阱棘轮势与双阱棘轮势中耦合布朗粒子的定向输运性能。本论文主要介绍了布朗棘轮的研究背景及意义，分子马达的发展历程、分类、结构及其功能。详细介绍了噪声背景下布朗运动的动力学理论、朗之万方程及闪烁势模型。计算了耦合布朗粒子定向输运的平均速度，平均有效扩散系数Deff及Pe数。分析了弹簧长度、噪声强度、外力、势阱不对称参数及耦合强度等模型参量对反馈耦合布朗棘轮定向输运性能的影响，并对不同势阱中的结果进行分析与比较。
　　研究结果表明，在无外力情况下，相同噪声强度下，双阱棘轮势中耦合布朗粒子的平均速度较大，说明双阱势中粒子的定向输运较强。在外力作用下，耦合粒子的平均速度随外力呈周期性的变化，并且双阱势中，存在势阱不对称参数的最优值使Pe数达到最大。在周期力驱动下，耦合布朗粒子的平均有效扩散系数Deff随噪声强度的增加而增大。这表明温度越高，粒子越容易扩散。

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英文摘要

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第一章 引 言

一、研究背景及意义

二、分子马达概述

三、研究内容

第二章 布朗棘轮定向输运的理论基础

一、布朗运动的理论基础

二、朗之万方程的数值计算

三、闪烁势模型

第三章 无外力作用下耦合布朗棘轮的定向输运性能

一、理论模型

二、参数说明

三、单阱棘轮势中耦合布朗粒子的定向输运研究

四、双阱棘轮势中耦合布朗粒子的定向输运研究

五、不同势阱的数值结果比较与分析

第四章 恒定外力下耦合布朗棘轮的定向输运性能

一、单阱棘轮势中耦合布朗粒子的定向输运研究

二、双阱棘轮势中耦合布朗粒子的定向输运研究

三、不同势阱的数值结果比较与分析

第五章 周期力驱动下耦合布朗棘轮的定向输运性能

一、单阱棘轮势中耦合布朗粒子的定向输运研究

二、双阱棘轮势中耦合布朗粒子的定向输运研究

三、不同势阱的数值结果比较与分析

结论与展望

参考文献

个人简历及攻读硕士学位期间已取得的成果

致谢