在2021年4月28日，Physical Review Letters发表了施夏清及其合作者南京大学博士研究生段煜（论文一作）及其导师马余强教授、德国马克斯-普朗克动力学与自组织所Benoît Mahault博士、法国原子能委员会Hugues Chaté教授的合作研究工作,题为“Breakdown of Ergodicity and Self-Averaging in Polar Flocks with Quenched Disorder” [PRL 126, 178001 (2021)]。该工作深刻揭示了淬火无序对极化活性物质集群行为统计性质在热力学极限下的影响，包括破坏了大部分流体体系都应具备的遍历性及自平均效应。

所谓淬火无序是指在空间上随机分布，但不随时间变化的杂质、缺陷。空间淬火无序广泛存在于各类体系，并且可以在热力学极限情况下影响系统的统计行为。通常淬火无序体系需要做大量的摹本统计，计算量将成百上千的增长，是数值和理论研究中的一大难题。

论文考虑了两种活性物质体系中常见的淬火无序：1）随机耦合，即粒子受到在空间上随机分布（但不随时间改变）的杂质带来的噪声的影响；2）随机散射，粒子在不同的位置其速度方向会朝着不同的特定方向发生偏转，用来模拟环境中存在的障碍物对活性粒子的散射作用(见图1)。研究发现两种淬火无序都深刻改变了系统在大尺度上的性质。随机耦合情况下系统具有自平均性质，而随机散射条件下则不具备这样的性质。同时两种情况下系统有序相都会发生各态遍历性发生破缺。

该项研究工作揭示了淬火无序以非常深刻和复杂的方式影响着极性活性物质有序态的性质。鉴于模型的普适性，这些发现应该可以扩展到其它活性物质体系。同时该工作指出未来这方面的理论工作需要能反映出遍历性破缺、非自平均等重要统计特性。

该工作获得国家自然科学基金委重点项目，优秀青年基金及面上项目的支持。

图1：（左）随机散射示意图；（右）随机散射情况下“准”长程有序态和无序态的时空结构。“准”长程有序态出现遍历性破缺并且不具备自平均性质。

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