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中國科學技術大學、廈門大學、香港科技大學領銜的研究項目，在活性液晶體系中發現了一種獨特的雙行波現象。這一成果可作爲研究活性物質的强大工具，並為智能活性材料或微納機器人的設計提供全新路徑。研究已刊於《自然 － 通訊》。

論文：

• https://www.nature.com/articles/s41467-025-66572-4

研究成果

活性物質是由自驅動單元組成的非平衡系統，其內部常常出現複雜的行波與湧動模式，在這樣的系統中進行行波的精確控制，長期是一項挑戰。

中國科學技術大學教授彭晨輝、蔣景華，厦門大學游智鴻，香港科技大學張銳領銜的團隊，將游動細菌與溶致液晶相結合，構建出活性液晶體系，其中，細菌是活性單元，液晶則提供結構導向的被動環境，可誘導細菌在特定區域聚集及形成定向流動。

香港科技大學物理學系副教授張銳博士

團隊發現當細菌濃度超過臨界值，原本穩定的細菌流發生失穩，隨着時間而產生波動，並沿設計圖案所預設的路徑傳播，形成活性行波。重要的是，這些細菌波進一步擾動周圍液晶，誘發出一個緊隨其後的、具有固定相位差的被動液晶行波。

通過實驗與理論分析顯示，此類活性 － 被動波動協同體中，存在宇稱與時間反演（PT）對稱性破缺。圖案化設計打破了系統的空間對稱性，使細菌流與液晶分子之間的相互作用產生淨驅動力，推動波前單向傳播。相比之下，在均勻排列的液晶中，雖然細菌流也會産生波動，但由於相互作用對稱性，淨驅動力爲零，只能形成駐波而非行波。這一發現，從根本上解釋了爲何具有對稱破缺的圖案化設計，是實現波動可控的關鍵。

在此基礎上，團隊實現了單向、雙向甚至多環同向／反向的波動傳播，可帶有手性，更通過編程圖案化技術，書寫出 U、S、T、C 等字母形狀的細菌行波。

本研究揭示了活性液晶體系中的活性 － 被動耦合波動的協同傳播機制，並實現了其程序化操控。多尺度模擬框架的建立，則可作為理解活性物質中的非平衡動力學的強大工具，也可為智能活性材料或微納機器人的設計提供新路徑。

研究團隊

論文共同第一作者是中科大的 Jiaqi Wu、Mengge Liu、港科大的 Zeyang Mou，共同通訊作者是彭晨輝、蔣景華、游智鴻、張銳。

來源：科學網

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