Fractal Brownian Motion of Colloidal Particles in Plasma

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Experimental data on the motion of a single colloidal particle in a trap in the near-electrode layer of an RF-discharge plasma are analyzed. The experiment was conducted with three types of colloids: uncoated melamine-formaldehyde particles, melamine-formaldehyde particles with a thin copper coating, and Janus particles partially coated with iron. The colloids were exposed to a flat wide laser beam, allowing them to be visualized and their kinetic energy changed. To analyze the motion of particles, the functions of their dynamic entropy of the first intersection were constructed and the region of particle localization and the fractal dimension of their trajectories were found. The results obtained indicate a significant difference between colloids of different types, as well as the evolution of their motion with a change in kinetic energy. It is shown that the fractal dimension of the trajectories of all types of particles is fractional and decreases with an increase in their kinetic energy.

About the authors

K. G. Koss

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology

Email: Xeniya.Koss@gmail.com
125412, Moscow, Russia; 141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia

I. I. Lisina

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology

Email: Xeniya.Koss@gmail.com
125412, Moscow, Russia; 141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia

M. M. Vasiliev

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology

Email: Xeniya.Koss@gmail.com
125412, Moscow, Russia; 141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia

A. A. Alekseevskaya

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: Xeniya.Koss@gmail.com
125412, Moscow, Russia

E. A. Kononov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology

Email: Xeniya.Koss@gmail.com
125412, Moscow, Russia; 141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia

O. F. Petrov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology

Author for correspondence.
Email: Xeniya.Koss@gmail.com
125412, Moscow, Russia; 141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia

References

  1. Bechinger C., Di Leonardo D., Löwen H., Reichhardt C., Volpe G., Volpe G. // Rev. Mod. Phys. 2016. V. 88. P. 045006.
  2. Sriram R. // Ann. Rev. Condensed Matter Phys. 2010. V. 1. P. 323.
  3. Schweitzer F. Brownian agents and active particles: Collective dynamics in the natural and social sciences. Heidelberg, Germany: Springer-Verlag, 2007.
  4. Friedrich B.M., Julicher F. // New J. Phys. 2008. V. 10(12). P. 123025.
  5. Sokolov A., Aranson I.S., Kessler J.O., Goldstein R.E. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98(15). P. 158102–4.
  6. Drescher K., Goldstein R.E., Michel N., Polin M., Tu-val I. // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 105(16). P. 168101.
  7. Kareiva P.M., Shigesada N. // Oecologia. 1983. V. 56(2–3). P. 234.
  8. Devereux H.L., Twomey C.R., Turner M.S., Thutupal-li S. // J. Royal Soc. Interface. 2021. V. 18. P. 20210114.
  9. Bartumeus F., da Luz M.G.E., Viswanathan G.M., Catalan J. // Ecology. 2005. V. 86(11). P. 3078.
  10. Humphries N.E., Queiroz N., Dyer J.R.M., Pade N.G., Musyl M.K., Schaefer K.M., Fuller D.W., Brunnschwei-ler J.M., Doyle T.K., Houghton J.D.R., Hays G.C., Jones C.S., Noble L.R., Wearmouth V.J., Southall E.J., Sims D.W. // Nature. 2010. 465(7301) P. 1066.
  11. Kummel F., ten Hagen B., Wittkowski R., Buttinoni I., Eichhorn R., Volpe G., Löwen H., Bechinger C. // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. P. 198302.
  12. Kurzthaler C., Devailly C., Arlt J., Franosch T., Poon W.C., Martinez V.A., Brown A.T. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 121. P. 078001.
  13. Ismagilov R.F., Schwartz A., Bowden N., Whitesides G.M. // Angew. Chem. Int. Ed. 2002. V. 41. P. 652.
  14. Howse J.R., Jones R.A.L., Ryan A.J., Gough T., Vafabakhsh R., Golestanian R. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 99. P. 048102.
  15. Liebchen B., Löwen H. // Acc. Chem. Res. 2018. V. 51(12). P. 2982.
  16. Weber C.A., Hanke T., Deseigne J., Léonard S., Dau-chot O., Frey E., Chaté H. // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. P. 208001.
  17. Scholz C., Engel M., Pöschel T. // Nature Commun. 2018. V. 9. 931.
  18. Patterson G.A., Fierens P.I., Jimka F.S., König P., Garcimartín A., Zuriguel I., Pugnaloni L.A., Parisi D.R. // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 119. P. 248301.
  19. Scholz C., Jahanshahi S., Ldov A., Löwen H. // Nature Commun. 2018. V. 9. P. 5156.
  20. Palacci J., Sacanna S., Steinberg A.P., Pine D.J., Chaikin P.M. // Science. 2013. V. 339. P. 936.
  21. Caprini L., Marconi U.M.B., Puglisi A. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124 (7). P. 078001.
  22. Caporusso C.B., Digregorio P., Levis D., Cugliandolo L.F., Gonnella G. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 125 (17). P. 178004.
  23. Kaiser A., Wensink H.H., Löwen H. // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. P. 268307.
  24. Mijalkov M., Volpe G. // Soft Matter. 2013. V. 9. P. 6376.
  25. Grünwald M., Tricard S., Whitesides G.M., Geissler P.L. // Soft Matter. 2016. V. 12(5). P. 1517.
  26. Hu J., Zhou S., Sun Y., Fang X., Wu L. // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41 (11). P. 4356.
  27. Walther A., Mueller A.H.E. // Chem. Rev. 2013. V. 113 (7). P. 5194.
  28. Su H., Hurd Price C.-A., Jing L., Tian Q., Liu J., Qian K. // Materials Today Bio. 2019. V. 4. P. 100033.
  29. Koss X.G., Kononov E.A., Lisina I.I., Vasiliev M.M., Petrov O.F. // Molecules. 2022. V. 27. P. 1614.
  30. Petrov O.F., Statsenko K.B., Vasiliev M.M. // Sci. Rep. 2022. V. 12. P. 8618.
  31. Косс К.Г., Петров О.Ф., Мясников М.И., Стацен-ко К.Б., Васильев М.М. // ЖЭТФ. 2016. Т. 150. С. 111.
  32. Koss X.G., Petrov O.F., Statsenko K.B., Vasiliev M.M. // European Phys. Lett. 2018. V. 124. P. 45001.
  33. Petrov O.F., Boltnev R.E., Vasiliev M.M. // Sci. Rep. 2022. V. 12. P. 6085.
  34. Lisin E.A., Kononov E.A., Sametov E.A., Vasiliev M.M., Petrov O.F. // Molecules. 2021. V. 26. P. 7535.
  35. Löwen H. // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. P. 040901.
  36. Mukundarajan H., Bardon T. C., Kim D. H., Prakash M. // J. Exp. Biol. 2016. V. 219. P. 752.
  37. Lisin E.A., Vaulina O.S., Lisina I.I., Petrov O.F. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. V. 23. P. 16248.
  38. Nosenko V., Luoni F., Kaouk A., Rubin-Zuzic M., Tho-mas H. // Phys. Rev. Res. 2020. V. 2. P. 033226.
  39. Arkar K., Vasiliev M.M., Petrov O.F., Kononov E.A., Trukhachev F.M. // Molecules. 2021. V. 26(3). P. 561.
  40. Lloyd S. // IEEE Control Systems Magazine. 2001. V. 21(4). P. 7.
  41. Azua-Bustos A., Vega-Martínez C. // Internat. J. Astrobiology. 2013. V. 12. P. 314.
  42. Gaspard P., Wang X.-J. // Phys. Rep. 1993. V. 235. P. 291.
  43. Allegrini P., Douglas J.F., Glotzer S.C. // Phys. Rev. E. 1999. V. 60. P. 5714.
  44. https://microparticles.de/
  45. Kononov E.A., Vasiliev M.M., Vasilieva E.V., Petrov O.F. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 2931.
  46. Schmidt C., Piel A. // Phys. Rev. E. 2015. V. 92(4). P. 043106.
  47. Ваулина О.С., Лисин Е.А., Гавриков А.В., Петров О.Ф., Фортов В.Е. // ЖЭТФ. 2010. Т. 137. С. 751.
  48. Feng Y., Goree J., Liu B. // Rev. Sci. Instruments. 2011. V. 82(5). P. 053707.
  49. Du C.-R., Nosenko V., Thomas H.M., Müller A., Lipaev A.M., Molotkov V.I., Fortov V.E., Ivlev A.V. // New J. Phys. 2017. V. 19. P. 073015.
  50. Dellago Ch., Posch H.A. // Physica A. 1996. V. 230. P. 364.
  51. Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. San Francisco: W.H. Freeman and co., 1982.
  52. Uhlenbeck G.E., Ornstein L.S. // Phys. Rev. 1930. V. 36(5). P. 823.
  53. Фортов В.Е., Петров О.Ф., Ваулина О.С., Косс К.Г. // Письма ЖЭТФ. 2013. Т. 97. С. 366.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (151KB)
3.

Download (264KB)
4.

Download (126KB)
5.

Download (121KB)
6.

Download (263KB)
7.

Download (121KB)
8.

Download (220KB)
9.

Download (88KB)

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».