宏观热涨落体系的非平衡态涨落定理

In this project, we assemble an experienced team in statistical physics, soft matter physics, and computational science to systematically study the rich non-equilibrium phenomena displayed by colloidal suspensions driven out of equilibrium by shear flow, searching for the fundamental statistical physics underlying these phenomena. Theoretically, we would like to start from the Fluctuation Theorems at the microscopic level and derive the consequences of these relations for stochastic systems at macroscopic level. As a result, this study will help us better understand the relation between the non-equilibrium behavior of macroscopic observables and the external field that drives the system out of equilibrium. Numerically, we systematically study particle structures and system properties of a colloidal suspension that is driven arbitrarily far from equilibrium by shear flow. By combining these studies, we learn to control the properties of materials that are based on colloidal suspensions by tuning the external flow field. Furthermore, we look forward to collaborations with experimental groups, as part of an effort to apply the study to many other important model systems such as red blood cell suspensions, and self propelled micro-swimmers.

我们结合国际上非平衡态统计物理基本原理的理论研究的最新进展，组织一支具有丰富理论、计算经验的研究团队，对胶体溶液所呈现的丰富的非平衡态物理特性开展系统深入的统计物理研究，探索其背后的统计物理机制。在理论方面，我们从基于微观层面的涨落定理出发，推导其在宏观有热涨落体系上的定量表现形式，解读宏观可观测量的非平衡态物理特性与外加驱动的关系。在计算模拟方面，我们将系统、定量的研究胶体溶液空间结构以及宏观性质对外加流体场的响应，并结合新发展的宏观非平衡态统计物理模型，为调控基于胶体溶液的功能材料的输出性质提供科学指导。同时，我们将和国内外高水平的实验组合作，关注新的现象，加强理论在人体血液（红血球溶液）、自驱动微生物等其它重要体系中的推广。

项目目标是对非平衡态统计物理基本原理的探索研究。在项目基金大力支持下，研究团队集体努力，从两个方面开展了工作：一方面我们从理论建模角度出发，研究了小体系在外加驱动下的非平衡态解析行为；另一方面从数值计算和实验结合的角度出发，对活性物质这一类典型的自驱动非平衡态体系的动力学特性、不同集体运动之间的关联、体系宏观流变学特性等进行了探索。取得了一系列研究成果，以项目主持人为通讯作者的形式发表学术论文共3篇（1篇Physical Review Letters亮点文章，1篇Journal of Chemical Physics，1篇Proceedings of National Academy of Sciences）。通过这些工作，我们也锻炼和培养了队伍：共有参与项目研究的三名博士后研究人员顺利出站，继续在新的岗位中为国家科研事业奋战（一人现在为昆明理工大学讲师，一人现在为浙江理工讲师，一人现在为上海科技大学助理教授）；同时参与项目的还有一名在读博士生，通过本项目研究工作，也得到了锻炼，取得了很大进步。