Activity-mediated interactions in soft matteremergent structures and phase transitions

Resumen

En aquesta tesi abordem el fenomen de les interaccions emergents en matèria tova en coexistència amb matèria tova activa. Com a sistemes de matèria tova activa introduïm col·lectius de partícules autopropulsades, col·loides amb capacitat de catalitzar productes químics i medis granulars agitats. Primer de tot estudiem en detall un model molt estès per a partícules actives, el model de les partícules actives brownianes (ABP). D’aquest model estudiem amb detall una transició de fase de no equilibri i comprobem que la transició satisfà amb les característiques d’una transició en equilibri de primer ordre. Seguidament incoroposem interaccions d’aliniació en el model de partícules actives i procedim a estudiar les propietats col·lectives de les suspensions de partícules actives amb aliniació. Per tal d’abordar l’objectiu de la tesi introduïm partícules de prova en suspensions de partícules actives, i en medis granulars amb forçament periòdic horitzontal, amb diferents paràmetres d’activitat per tal d’estudiar les forces, des d’un punt de vista mecànic, que emergeixen entre les parelles. Hem caracteritzat les forces i hem identificat l’aparició d’interaccions de llarg abast per sistemes de partícules amb aliniació i en sistemes granulars en la direcció del forçament. Finalment, tanquem la tesi amb l’estudi i modelització d’interaccions emergents per a partícules catalítiques amb simetria esfèrica. La simetria no permet a les partícules d’autopropulsar-se però la presència de partícules al seu entorn sí que dóna lloc a interaccions, en forma de velocitats induïdes. Amb un model raonable de la interacció a distància hem calibrat la magnitud de la interacció amb sistemes experimentals i procedit a caracteritzar les estructures emergents per a mescles de partícules actives i passives que van des de la formació d’agregats en forma de clústers. L’addició d’interaccions magèntiques entre partícules actives permet la formació d’estructures ramificades de tipus gel. En aquest cas l’equip experimental ha pogut comparar l’aparició d’estructures amb les mateixes característiques al laboratori.