[論文レビュー] Topological waves and odd viscosity in chiral active fluids and plasmas

Anton Souslov, Vincenzo Vitelli+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2018

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、キラル活性流体およびプラズマにおける位相的密度波と奇抜な粘性の相乗作用を調査し、大きな奇抜な粘性が境界波の浸透深さとプロファイルを通じて横方向応答を測定可能であることを示している。位相的に頑健な境界波は、現実のプラズマおよび人工キラル活性流体の両方で実験的に観測可能であることが示され、活性と回転が温度および磁場効果を模倣する。

ABSTRACT

Two-dimensional fluids with broken chiral and time-reversal symmetries can concurrently exhibit two exotic phenomena in their linear response: topologically protected density waves and an anomalous transport coefficient called odd viscosity. We explore the interplay between these phenomena in the acoustic spectrum of a minimal model that describes two types of two-dimensional classical fluids: a magnetized one-component plasma with screened interactions and a chiral active fluid. We show that for large odd viscosity, this transverse response coefficient can be measured via the penetration depth and profile shape of the topologically robust edge waves. We then discuss the relevant regimes for the observation of such edge waves within experimentally realizable plasmas and in synthetic chiral active fluids in which activity and rotation mimic the effects of temperature and magnetic field, respectively.

研究の動機と目的

• 2次元キラル流体における位相的密度波と奇抜な粘性の共存および相互作用を理解すること。
• スクリーニングされた相互作用を有する2次元キラル活性流体および磁化1成分プラズマの最小モデルを構築すること。
• 位相的境界波と奇抜な粘性を同時に観測可能な実験的可視領域を同定すること。
• 奇抜な粘性と位相的に保護された境界波の空間的プロファイルとの間の測定可能な関係を確立すること。

提案手法

• 時間反転およびキラル対称性が破れた2次元キラル流体の最小流体力学的モデルの構築。
• モデルの線形応答および音響スペクトルを解析し、位相的に保護された境界モードを同定すること。
• 系における奇抜な粘性と境界波の浸透深さおよび形状の関係を導出すること。
• 人工流体における活性と回転の効果を、現実のプラズマにおける温度および磁場効果に類似させる。
• 解析的および数値的手法を用いて、奇抜な粘性が支配的となり、境界波の特徴が測定可能になる領域を探索すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 キラル活性流体における位相的密度波と奇抜な粘性は、どのように共存し互いに影響し合うか？
• RQ2 境界波プロファイルに現れるどの測定可能なシグネチャを用いて奇抜な粘性を定量的に評価できるか？
• RQ3 現実のプラズマおよび人工活性流体において、位相的境界波を実験的に観測可能なパラメータ領域は何か？
• RQ4 人工流体における活性と回転は、実システムにおける温度および磁場の役割をどのように模倣するか？

主な発見

• 大きな奇抜な粘性は、明確な境界波の浸透深さとプロファイル形状を生じさせ、横方向応答係数の測定に利用可能である。
• キラル対称性および時間反転対称性の破れにより、系の音響スペクトルに位相的に頑健な境界波が出現する。
• モデルは、現実の磁化プラズマおよび人工キラル活性流体の両方で実験的に観測可能な領域を予測する。
• 人工流体における活性と回転は、温度および磁場効果を効果的に模倣でき、奇抜な粘性効果のアナログ研究を可能にする。