中科院近代物理研究所散裂靶組的科研人員研究直流和交流驅(qū)動下流體輸運(yùn)行為取得重要進(jìn)展。

    科研人員利用GPU超算平臺，借助簡化的分子動力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)液態(tài)流體的速度與驅(qū)動電流呈現(xiàn)臺階狀依賴性(共振效應(yīng))。同時，科研人員也獲得了流體速度和驅(qū)動電流的解析表達(dá)式，結(jié)果表明，數(shù)值模擬與解析結(jié)果完全一致。另外，當(dāng)系統(tǒng)對稱性破壞時，系統(tǒng)中出現(xiàn)Ratchet效應(yīng)。同時也發(fā)現(xiàn)電流振幅決定了Ratchet效應(yīng)和共振效應(yīng)的存在和穩(wěn)定性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與一維模型比較，在二維模型中，臺階寬度和流體的摩擦系數(shù)隨電流的振幅具有Bessel和偏離傳統(tǒng)的Bessel函數(shù)依賴性，即出現(xiàn)反常行為 (如下圖所示)。

    這是科研人員首次利用簡化的分子動力學(xué)模擬將一維模型推廣到二維，研究了流體的輸運(yùn)行為隨電流的振幅和頻率的變化行為，為進(jìn)一步開展流體輸運(yùn)實驗和理論研究提供了重要依據(jù)。該研究方法既可用于納米摩擦學(xué)研究領(lǐng)域，能定性解釋超潤滑現(xiàn)象，同時也廣泛應(yīng)用于Josephson junction、超導(dǎo)電性和生物分子馬達(dá)等相關(guān)領(lǐng)域。

    研究結(jié)果發(fā)表在The Journal of Chemical Physics 138,034307 (2013)。