那不勒斯大学费德里科二世 光力场中粒子扩散的图示
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Pastore 大约十年前，在软性和生物材料中发现了非高斯扩散，打破了著名的爱因斯坦布朗运动的图景
到目前为止，这样一个有趣的现象仍然无法解释，因为底层材料的复杂和异质性质带来了重大的实验挑战
为了克服这些困难，那不勒斯费德里科第二大学(意大利)的研究人员现在已经利用光来代替复杂物质，为水中扩散的粒子创造一个异质环境
这项工作现在发表在《物理评论快报》上，源于该系软材料统计力学小组之间的合作
化学、材料和生产工程系以及该系的激光光谱学和光学操作实验室
物理学
在这个实验中，激光束通过液晶“空间光调制器”，产生一个不均匀的光图案
然后，光图案投射到水中的微米级玻璃珠系统上，作为力场(光学力)作用在粒子上
“空间光调制器”允许以高精度和数字控制改变图案属性
由于光学力和水分子热碰撞之间的相互作用，珠子探索光的模式就像它们在粗糙的表面上移动一样
事实上，光能够模仿软材料的异质结构，但是与“真实”材料相比，具有更高的控制和再现性
研究小组表明，这个实验装置确实能够在一个空前的时间跨度和位移概率范围内精细地再现FnGD的现象学，同时也揭示了这一现象的新特征
早期次扩散的记忆效应 自从布朗运动被发现以来，微观粒子由于与环境分子的热碰撞而产生的无休止的舞蹈吸引了研究人员，布朗运动是扩散的原因，扩散是最重要和最广泛的传输过程形式
根据爱因斯坦对标准布朗运动的研究，这种舞蹈的步骤形成了随机行走，这意味着粒子的均方位移(MSD)随时间线性增加(菲基安)，位移分布是高斯分布，这一点已被大量实验所证实
相反地，相关行走(例如，由前后台阶组成)会导致反常扩散，被发现是非费奇安和非高斯的
因此，费奇安和高斯行为被认为是密切相关的
光力场中粒子扩散的均方位移(a)和不同时间的位移分布(b和c)
信用:R
Pastore等人
，物理评论快报126，158003 (2021) 2009年，在格兰尼克实验室(伊利诺伊州厄巴纳大学)，对复杂生物流体中的纳米珠进行的开创性实验打破了这种既定的场景，揭示了一种新型扩散的存在，这种扩散不同于标准布朗运动和异常扩散，同时具有费克安性但非高斯性
从那时起，这样一种非高斯扩散已经在各种各样的异质环境中被发现，主要是软物质系统
那不勒斯大学现在详细阐述的实验策略揭示了在第一次扩散之前有一个早期的异常扩散(次扩散)，并且这两种机制是紧密纠缠的
这导致解释FnGD为记忆效应:反常扩散的记忆在位移分布中比在MSD中存活得更长，导致菲基安和非高斯行为的暂时共存
拉斐尔·帕斯托雷和他的同事认为，引入的模型系统为在光纤光栅上进行广泛而精细的可调实验开辟了道路
轻松可视化大量长轨迹的可能性有望揭示布朗舞蹈的特征，布朗舞蹈是费奇安动力学和非高斯动力学逆向共存的基础
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