非平衡系统若干反常行为的微观动力学机制研究

Non-equilibrium systems often exhibit numerous abnormal macroscopic behaviors, and these different behaviors usually originate from common dynamical mechanism.The present project devotes to revealing the dynamical mechanism embedded in several typical abnormal non-equilibrium behaviors. We will investigate the influence of microscopic dynamics on the fluctuation theorem and explore the validity of the fluctuation theorem in the presence of chaotic motion. We will derive the fluctuation theorem of non-equilibrium processes relating to non-exponentially unstable trajectories. We will study the interaction between non-ideal heat bath and nonlinear systems and investigate their anomalous behaviors, and we will analyze the relation between anomalous behaviors and the non-Markovian property and breaking of detailed balance of the heat bath. We will study the mechanism of current reversals of directed transport and investigate the collective current reversal and current rectification. We will explore the effect of microscopic dynamics and collective modes on heat conductions, especially on the reversal of heat current. We wish the project may contribute to fundamental studies of anomalous transport of non-equilibrium systems.

非平衡态下的系统会表现出各种各样的反常行为，这些行为与系统的动力学密切相关，且常常会有着共同的根源。本项目致力于通过对几个典型的反常非平衡行为的研究来揭示其背后的动力学机制。我们将深入研究非平衡系统的几种典型反常行为的动力学机制，分析这些反常行为背后的动力学共性机制；分析微观动力学对涨落关系的影响，探讨混沌运动时涨落关系的适用性，研究非指数型不稳定轨道非平衡过程的涨落关系；研究非理想热源与非线性系统的相互作用以及反常行为，分析热源的非马尔可夫性和不满足细致平衡与反常行为的关系；研究定向输运的动力学机制，分析噪声和参数变化引起流反转时系统动力学的变化；探讨动力学不同变化与流反转之间的联系，研究耦合带来的集体流反转和整流；探讨系统微观动力学及其集体模式对热传导特别是热流反转的影响。争取通过本项目的研究，为推动非平衡系统反常输运的基础理论研究、复杂系统统计物理新规律的探索和应用做出应有的贡献。

本项目重点研究了集体定向输运和耦合晶格热传导。具体包括：.（1）分子马达与定向输运的流反转现象，包括反馈耦合的分子马达与定向输运、耦合布朗马达的温度棘齿与流反转机制、多对称破缺机制的合作与竞争、延迟反馈耦合调控下的共振定向输运；（2）热传导的热流逆转效应研究，包括利用复合材料结构调控热传导、复合晶格材料热传导的声子重整化理论、转子动力学与热传导等；（3）非平衡时空系统的斑图动力学与同步，包括斑图选择的最小作用路径方法、耦合非线性系统的同步与集体振荡等。.通过深入研究非平衡系统的定向输运与分子马达、微纳材料热传导等典型反常行为的动力学，分析了这些反常行为背后的动力学共性机制，分析了噪声和参数变化引起流反转时系统动力学的变化；探讨了动力学不同变化与流反转之间的联系，研究了耦合带来的集体流反转和整流；探讨系统微观动力学及其集体模式对热传导特别是热流反转的影响。本项目的研究为推动非平衡系统反常输运的基础理论研究探索和应用做出了应有的贡献。.通过四年实施，本项目研究团队在上述方面取得了一批有意义的成果，在非平衡反常输运行为的现象和动力学机制方面有了更为深刻的理解，完成了本项目拟定研究任务。.在项目执行期间，课题组出版/即将出版专著2部, 在《Frontiers of Physics》主编专辑1辑, 发表研究论文39篇，其中邀请综述2篇，标注项目号资助的37篇；课题组组织或以大会主席主办学术会议5个，担任组委会委员的会议15个；课题组成员在相关国内外学术会议大会报告或邀请报告28个；课题组培养博士生5名，硕士生12名，获得多个相关奖项；.课题带动申请获得其他相关省部级或市级项目5项，经费达到500多万元。