Адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотора

Abstract

Броуновские моторы – класс наномеханизмов, генерирующих направленное движение броуновских частиц под действием неравновесных возмущений. Симметрийный анализ факторов, влияющих на возникновение направленного потока и определяющих его направление, указывает на зависимость характеристик мотора от фазового сдвига между потенциальными рельефами стационарной и флуктуирующей компонент потенциальной энергии наночатицы. Рассмотрено движение броуновской частицы, находящейся в поле действия предельно асимметричного стационарного пилообразного потенциала, флуктуирующего в результате дихотомных воздействий пространственно гармонического сигнала. Поскольку пилообразный потенциал легко реализуется вблизи поверхности с нанесенной решеткой электродов определенной формы, а дихотомные изменения пространственно гармонического сигнала легко моделируются лазерными пучками, то рассматриваемое движение наночастицы (броуновского мотора) может быть реализовано экспериментально. Известно, что при достаточно высоких температурах, когда тепловая энергия превышает энергетический барьер пилообразного потенциала, направление движения определяется исключительно фазовым сдвигом гармонического сигнала относительно экстремумов пилообразного потенциала. В данной статье получено аналитическое выражение для средней скорости движения мотора, справедливое при произвольных температурах, но низких частотах дихотомных флуктуаций (адиабатический режим). Анализ выражения показал, что существует критическая температура Tc, ниже которой направление движения теряет зависимость от величины фазового сдвига, тогда как при T > Tc направление движения определяется этим сдвигом. В области промежуточных температур T для каждого значения фазового сдвига можно указать такую температуру Ts > Tc, что при T Ts ? в другую.

Keywords

• диффузионный транспорт
• броуновские моторы
• рэтчет-эффект
• симметрия рэтчет-систем
• дихотомный процесс
• телеграфный шум