物理科学与工程学院李云云和Fabio Marchesoni课题组与印度Pulak Ghosh课题组合作，在非高斯正常扩散的调控方面取得重要进展。该研究提出了利用对流场来调控粒子的扩散行为，在保证正常扩散的情况下，实现位移分布的不同分布形态。该工作以“Diffusion transients in convection rolls”为题，发表在国际物理学期刊 Journal of Fluid Mechanics上。
在著名的1905年，爱因斯坦在研究布朗运动时，发现布朗粒子的均方位移与时间成线性关系，我们称之为正常扩散，同时他还发现其位移分布是高斯分布。在其后的一百多年来，人们一直认为正常扩散的位移分布是高斯分布，直到本世纪随着人们对于生物体内物质的扩散行为研究，在不同实验上都观测到了正常扩散，但是其位移分布并不是高斯分布。然而，这种非高斯正常扩散的机理并不是很清楚。
近年来，我们课题组针对非高斯正常扩散的原理及其调控做了一系列的工作。我们发现非高斯正常扩散是由热涨落和系统内在时间尺度共同作用的结果(Phys. Rev. Res. 1, 033003 (2019))。同时，我们寻找到一种在实验上可调控的系统，即对流场，可用来控制粒子扩散系数，从而调控其时间尺度(Phys. Rev. Res. 2, 013250 (2020))。最终，实现了通过对流场和温度对粒子位移分布的调控。该研究工作是对统计物理基础理论的完善，同时也为实现微纳尺度粒子的精准调控奠定基础。我们受Frontiers of Physics邀请，发表了综述文章（Front. Phys. 16(3), 33203 (2021)），对非高斯正常扩散的原理及调控做了全面总结。
该工作得到了国家自然基金的支持。
论文DOI: https://doi.org/10.1017/jfm.2020.1127
全文链接：https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/diffusion-transients-in-convection-rolls/6BD0816CD24744E93AF5FEBF2AFBF617
图1：粒子在对流场中的轨迹。不同颜色表示不同的轨迹。