1 / 33

Simetrična stohastična resonanca v koloidnem sistemu

Simetrična stohastična resonanca v koloidnem sistemu. Natan Osterman Mentorja: Igor Poberaj, Dušan Babič. Program seminarja. zakaj koloidi? eksperimentalna postavitev gibanje koloidnega delca klasična stohastična resonanca simetrična stohastična resonanca zaključek. Koloidi.

mandel
Download Presentation

Simetrična stohastična resonanca v koloidnem sistemu

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Simetrična stohastična resonanca v koloidnem sistemu Natan Osterman Mentorja: Igor Poberaj, Dušan Babič

  2. Program seminarja • zakaj koloidi? • eksperimentalna postavitev • gibanje koloidnega delca • klasična stohastična resonanca • simetrična stohastična resonanca • zaključek

  3. Koloidi • delci velikosti od desetinke do nekaj um v tekočini • nadkritično dušeni • Brownovi delci – intrinzično prisoten termični šum Prednosti: • Velikost primerljiva z valovno dolžino svetlobe – možno opazovanje z optičnim mikroskopom • Značilna časovna skala atomi: ~ps koloidi: ~s • Manipulacija preko interakcije z zunanjimi polji

  4. Laserska pinceta Akusto-optični deflektor

  5. Eksperimentalna postavitev

  6. Manipulacija koloidov I Počasno premikanje optične pasti

  7. Manipulacija koloidov II Hitro premikanje laserskega žarka

  8. Prost Brownov delec Stokes-Einsteinov difuzijski koeficient 2D naključna hoja Hidrodinamski upor Varianca

  9. Brownov delec v pasti Potencial pasti: U(x)=1/2  x2 Ekviparticijski teorem

  10. Spektralna gostota fluktuacij delca Langevinova enačba Spekter šuma Spekter fluktuacij delca

  11. Stohastična resonanca (SR) SR = mehanizem za ojačevanje šibkih signalov z dodajanjem šuma tri osnovne sestavine SR: • neka oblika praga • vir šuma • šibek vhodni signal

  12. Primer SR: vizualno zaznavanje diskriminacija

  13. Osnovni model • močno dušen delec mase m • viskozni upor γ • simetrični bistabilni potencial V(x)=(1/4)bx4 – (1/2)ax2 • fluktuacijske sile (npr. termični šum)

  14. Osnovni model Prehod med stanji s Kramersovo pogostostjo Kramersov čas - povprečen čas pobega iz ene v drugo jamo

  15. t = T t = ½ T t = 0 Osnovni model • vhodni signal: šibko periodično vzbujanje, ki povzoroči asimetični potencial • izhod: položaj delca

  16. t = T t = ½ T t = 0 Sinhronizacija • limitna primera: • nizek nivo šuma: zunanje vzbujanje ni dovolj močno za pobeg delca • visok nivo šuma: šum preglasi zunanje vzbujanje • nekje vmes: optimalni nivo šuma (stohastična resonanca) Dva načina detekcije SR: • razmerje signal-šum nemotnotona funkcija nivoja šuma • porazdelitev časov pobega

  17. ti t3 t1 t2 t = ¼ T t = ½ T t = T t = 3/4 T t = 0 Porazdelitev časov pobega vrhovi pri

  18. t = ¼ T t = ½ T t = T t = 3/4 T t = 0 Porazdelitev po časih pobega sinhronizacija: • maksimalna sinhronizacija:

  19. Meritve - statični bistabilni potencial P(x)  exp(-U/kBT) U(x) /kBT=-ln P(x)

  20. Porazdelitev časov pobega Nemoduliran potencial

  21. Porazdelitev časov pobega TW=1s Moduliran potencial TW=9s TW=2s

  22. Jakost prvega vrha v porazdelitvi časov pobega Jasen dokaz SR v koloidnem sistemu!

  23. Uporabnost SR Množica različnih področij: • elektronska vezja • optični sistemi • biološki sistemi • človek • koloidni sistemi

  24. Simetrična SR • Klasična SR ni vedno dober model (ionski kanali v membranah) • Simetrija obeh stanj: verjetnosti za prehod ostajata medsebojno enaki, spreminjata se pod vplivom zunanjih dejavnikov

  25. Parametri simetrične SR • globina in vrsta modulacije • časovno razmerje (duty cycle) • frekvenca modulacije • modulacija on-off • duty 50:50 • frekvenco prižiganja in ugašanja srednje pasti variramo

  26. Simetrična modulacija fM=0.2 Hz

  27. Spektri fluktuacij delca • prižgani 2 pasti • maksimalna pregrada • prižgane 3 pasti • delec je ujet v eni močni pasti

  28. Spektri fluktuacij delca fM=0.1 Hz ≈fK fM=3.3 Hz spekter povprečje spektrov nemoduliranega sistema in ene pasti močna redistribucija šuma, v spektru se pojavijo doline

  29. Spektri fluktuacij delca fM=40 Hz≈fR fM=222 Hz prehodno območje, v spektru ni posebnosti v spektru se pojavi širok vrh pri frekvenci modulacije

  30. Karakterizacija simetrične SR • Redistribucija šuma, več režimov: • fM<=fK spekter povprečje spektrov nemoduliranega sistema in ene pasti • fK< fM<fR močna redistribucija šuma, v spektru se pojavijo doline • fM≈fR prehodno območje, v spektru ni posebnosti • fM>>fR v spektru se pojavi širok vrh pri frekvenci modulacije

  31. Karakterizacija simetrične SR

  32. Karakterizacija simetrične SR Jasen dokaz SR v simetričnem sistemu!

  33. Zaključek • koloidni sistemi: zelo primerni kot modeli pri statistični fiziki • prisoten intrinzičen šum • preprosti za opazovanje • počasni • manipulacija s polji • stohastična resonanca: prisotnost šuma ojači signal • neka oblika praga • vir šuma • šibek vhodni signal • simetrična SR: realnejši opis bioloških procesov • bistveno bolj bogato obnašanje v primerjavi s klasično SR • prihodnost: širjenje uporabe klasične in simetrične SR • nevrofiziološki sistemi • borza • …

More Related