活性粒子的运动属性和堆积密度诱导多种涡旋模式及其转变

涡旋运动广泛存在于不同尺度的活性物质中，是一类典型的自组织集群行为。本文实验研究了3种不同运动模式的活性粒子，在受限容器中产生不同类型的涡旋行为及转化。发现活性粒子的涡旋受到粒子堆积密度和运动属性的影响，具有多种涡旋运动模式。在低中粒子堆积密度时，随着粒子运动性质变化，涡旋行为从瞬态涡旋过渡到相对稳定的时空涡旋，最终形成非拓扑保护的边界流涡旋。而在高堆积密度时，涡旋模式从拓扑边界流转变为时空稳定的体涡旋，直至最终的非拓扑边界流涡旋。研究结果指出可使用外界激励调控活性粒子的单体运动性质，从而改变粒子集群运动特性，这既为活性粒子的涡旋运动提供了更丰富的内涵，也为实现活性粒子集群功能的灵活切换提供了新思路。