Властивості симетрії броунівський моторів з періодичною потенціальною енергією, що флуктуює
Анотація
Розглянуто безінерційний рух броунівської частинки в потенціальному полі, що задається довільною періодичною функцією координати та часу. Представлено перші члени розкладання середньої швидкості частинки по малому параметру, що дорівнює відношенню амплітуди зміни потенціальної енергії до теплової енергії, тобто, вираз для середньої швидкості високотемпературного броунівського мотора. Його аналіз виявив векторну, зсувну та приховану просторово-часову симетрію Куберо-Рензоні (D.Cubero, F.Renzoni). Ці типи симетрії використані для аналізу просторово-часових залежностей потенційальної енергії, що призводять до відсутності моторного ефекту. Досліджено додаткові типи симетрії, притаманні адіабатично повільним і швидким броунівським моторам, і умови на потенціальну енергію, при яких середня швидкість цих моторів наближається до нуля.
Посилання
1. Reimann P. Brownian Motors: noisy transport far from equilibrium. Phys. Rep. 2002. 361(2–4): 57. https://doi.org/10.1016/S0370-1573(01)00081-3
2. Hänggi P., Marchesoni F. Artificial Brownian motors: Controlling transport on the nanoscale. Rev. Mod. Phys. 2009. 81(1): 387. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.387
3. Schadschneider A., Chowdhury D., Nishinari K. Stochastic Transport in Complex Systems: From Molecules to Vehicles. (Amsterdam: Elsevier, 2010).
4. Goychuk I. Molecular machines operating on the nanoscale: from classical to quantum. Beilstein. J. Nanotechnol. 2016. 7: 328. https://doi.org/10.3762/bjnano.7.31
5. Cubero D., Renzoni F. Brownian Ratchets: From Statistical Physics to Bio and Nano-motors. (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2016). https://doi.org/10.1017/CBO9781107478206
6. Rousselet J., Salome L., Ajdari A., Prost J. Directional motion of Brownian particles induced by a periodic asymmetric potential. Nature. 1994. 370: 446. https://doi.org/10.1038/370446a0
7. de Souza S.C.C., Van de Vondel J., Morelle M., Moshchalkov V.V. Controlled multiple reversals of a ratchet effect. Nature. 2006. 440: 651. https://doi.org/10.1038/nature04595
8. Gommers R., Bergamini S., Renzoni F. Dissipation-induced symmetry breaking in a driven optical lattice. Phys. Rev. Lett. 2005. 95: 0073003. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.073003
9. Kedem O., Lau B., Weiss E.A. How to drive a flashing electron ratchet to maximize current. Nano Lett. 2017. 17(9): 5848. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b03118
10. Dekhtyar M.L., Ishchenko A.A., Rozenbaum V.M. Photoinduced molecular transport in biological environments based on dipole moment fluctuations. J. Phys. Chem. B. 2006. 110(41): 20111. https://doi.org/10.1021/jp063795q
11. Rozenbaum V.M., Chernova A.A. Near-surface Brownian motor with synchronously fluctuating symmetric potential and applied force. Surface Science. 2009. 603: 3297. https://doi.org/10.1016/j.susc.2009.09.019
12. Rozenbaum V.M., Dekhtyar M.L., Lin S.H., Trakhtenberg L.I. Photoinduced diffusion molecular transport. J. Chem. Phys. 2016. 145: 064110. https://doi.org/10.1063/1.4960622
13. Kanada R., Sasaki K. Thermal ratchets with symmetric potentials. J. Phys. Soc. Jpn. 1999. 68: 3759. https://doi.org/10.1143/JPSJ.68.3759
14. Reimann P. Supersymmetric ratchets. Phys. Rev. Lett. 2001. 86(22): 4992. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.4992
15. Denisov S., Flach S., Hänggi P. Tunable transport with broken spacetime symmetries. Phys. Rep. 2014. 538: 77. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2014.01.003
16. Cubero D., Renzoni F. Hidden symmetries, instabilities, and current suppression in Brownian ratchets. Phys. Rev. Lett. 2016. 116: 010602. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.010602
17. Rozenbaum V.M. Brownian motors in the low-energy approximation: Classification and properties. J. Exp. Theor. Phys. 2010. 110(4): 653. https://doi.org/10.1134/S1063776110040126
18. Rozenbaum V.M., Korochkova T.Ye., Chernova A.A., Dekhtyar M.L. Brownian motor with competing spatial and temporal asymmetry of potential energy. Phys. Rev. E. 2011. 83(5): 051120. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.83.051120
19. Rozenbaum V.M., Makhnovskii Y.A., Shapochkina I.V., Sheu S.Y., Yang D.Y., Lin S.H. Adiabatically slow and adiabatically fast driven ratchets. Phys. Rev. E. 2012. 85(4): 041116. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.041116
20. Riskin H. The Fokker-Plank Equation. Methods of Solution and Applications. (Berlin: Springer-Verlag, 1989). https://doi.org/10.1007/978-3-642-61544-3
21. Thomson W. The kinetic theory of the dissipation of energy. Proceedings of the Royal Society of Edinburgh. 1874. 8: 325. https://doi.org/10.1017/S0370164600029680
22. Parrondo J.M.R. Reversible ratchets as Brownian particles in an adiabatically changing periodic potential. Phys. Rev. E. 1998. 57(6): 7297. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.57.7297
