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Fluctuation-induced diffusive instabilities

机译:波动引起的扩散不稳定性

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摘要

The formation of complex patterns in many non-equilibrium systems, ranging from solidifying alloys to multiphase flow, nonlinear chemical reactions and the growth of bacterial colonies, involves the propagation of an interface that is unstable to diffusive motion. Most existing theoretical treatments of diffusive instabilities are based on mean-field approaches, such as the use of reaction-diffusion equations, that neglect the role of fluctuations. Here we show that finite fluctuations in particle number can be essential for such an instability to occur. We study, both analytically and with computer simulations, the planar interface separating different species in the simple two-component reaction A + B → 2A (which can also serve as a simple model of bacterial growth in the presence of a nutrient). The interface displays markedly different dynamics within the reaction-diffusion treatment from that when fluctuations are taken into account. Our findings suggest that fluctuations can provide a new and general pattern-forming mechanism in non-equilibrium growth.
机译:在许多非平衡系统中,从凝固合金到多相流,非线性化学反应和细菌菌落的生长,都形成复杂的图案,这涉及到对扩散运动不稳定的界面的传播。现有的大多数关于扩散不稳定性的理论方法都是基于均值场方法,例如使用反应扩散方程,而忽略了波动的作用。在这里,我们表明,颗粒数量的有限波动对于这种不稳定性的发生可能至关重要。我们通过分析和计算机模拟研究了在简单的两组分反应A + B→2A(也可以作为存在营养物的情况下细菌生长的简单模型)中分离不同物种的平面界面。该界面在反应扩散处理中显示的动力学与考虑波动时显着不同。我们的发现表明,波动可以为非平衡增长提供一种新的,通用的模式形成机制。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |1998年第6693期|p.556-558|共3页
  • 作者单位
  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 自然科学总论;
  • 关键词

  • 入库时间 2022-08-18 00:57:41

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