Dinamica de Materia Ativa Polar com Auto-Alinhamento
matéria ativa; auto alinhamento; sistemas interagentes.
Sistemas de matéria ativa consistem em partículas auto-propelidas que continuamente
convertem energia em movimento, mantendo um estado de constante não equilíbrio. Em muitos
casos, a orientação de propulsão de uma partícula fica desalinhada com a direção de
movimento, criando um ângulo entre os dois vetores. Isso pode ocorrer durante interação com
potenciais confinadores externos ou por colisão entre partículas. Ao incorporar dinâmicas de
auto-alinhamento entre partículas, um torque aparece para alinhar a orientação com a velocidade.
Esse fenômeno está presente tanto em sistemas biológicos quanto sintéticos, e altera
de maneira significativa as dinâmicas tanto em nível individual quanto coletivo. Para uma
partícula, tal torque pode levar a movimento orbital na presença de um potencial confinador,
já para dinâmicas coletivas, isso leva a fenômenos como transições de comportamento
coletivo e auto-organização, a depender da geometria do sistema. Esse trabalho começa com
uma revisão de resultados existentes para sistemas de uma partícula, e parte para explorar o
impacto do torque de auto-alinhamento em dinâmicas coletivas. Para começar, o comportamento
de alinhamento é investigado em sistemas sem confinamento, identificando um torque
critico para que haja alinhamento coletivo. Com a introdução de obstáculos, observa-se uma
formação espontânea de faixas ao longo das direções de simetria do substrato. Ao incluir um
confinamento harmônico ao sistema, varias novas fases aparecem, incluindo: um estado magnetizado
onde todas partículas alinham na mesma direção e orbitam o centro do potencial; um
estado de vórtice compacto onde todas partículas tem a mesma velocidade angular, resultando
numa rotação coletiva ao redor do potencial; um estado de vórtice oco com cisalhamento entre
camadas internas e externas; e um estado onde o sistema separa em vários grupos menores.
Para apoiar essas descobertas, um modelo de corpo rígido foi desenvolvido para complementar
os resultados numéricos e um diagrama de fases foi construído para localizar e caracterizar o
surgimento dessas fases.