1、活性连接体物理
活性连接物理关注活性单元之间存在长期保持的机械连接或几何约束的一类复杂系统，是微观和宏观机器人设计的基本单元，更是自修复材料设计系统的核心物理。连接可以是弹簧、杆、铰链、柔性键、弯曲弹性、膜面约束、网络交联，甚至可以发生断键与重连。该系统是具有持续耗散能量的非平衡活性系统，是非平衡统计物理的重要研究对象，同时该系统具有参考构型、弹性模态、几何约束和结构拓扑，具有设计可变形机器人的潜在价值。课题组研究重点关注：active polymers/filaments、active solids、active gels、mechanical metamaterials、topological mechanics 等方向。
J. Gao, W. Tian, Geometry-guided vortex and oscillatory states in confined self-propelling eccentric particles, Chinese Journal of Physics (2026)
J. Gao, W. Tian, Gear rotation caused by self-propelling eccentric particles, Physical Review E (2026)
B. Tang, W. Tian, Escape of an active ring from an attractive surface: Behaving like a self-propelled Brownian particle, Physical Review E (2024)
T. Xu, W. Tian, Constrained motion of self-propelling eccentric disks linked by a spring, The Journal of Chemical Physics (2024)
2、染色质物理
真核细胞的基因组普遍存在多水平和多尺度上的结构特征，其基本组织单元包括纤维（fibers）、环（loops）、染色质区隔（chromatincompartment）等。虽然高精度实验在一定程度上能给出染色质在细胞环境中的结构和动力学信息，但因为实验的复杂性，影响因素不能精准获取，理解结构形成机制存在困难。当前面临的重要挑战是发展合适的模型考虑复杂物理化学环境的影响，从单链水平上理解DNA高级结构的形成机理。细胞内分子马达在许多生命过程中都扮演着重要角色。分子马达的存在赋予了染色质一种非常特殊的性质，具有与热平衡系统不同的特征，如非热涨落、细致平衡破坏、耗散-涨落关系无效等。研究分子马达带来的非平衡效应如何重塑染色质结构和动力学是生物大分子物理研究的重要科学问题。本项目借鉴高分子物理、生物物理和活性物质的思想，旨在解决非平衡的时空关联效应对染色质动力学结构影响，这是理解复杂病理如癌症、层粘蛋白病和早衰疾病的前提条件。
G. Feng, W. Tian, Desorption of a Flexible Polymer with Activity from a Homogeneous Attractive Surface MACROMOLECULES (2023)
G. Feng, W. Tian, Scaling behavior for the detachment of a self-propelling filament from an attractive surfaces, The Journal of Chemical Physics (2023)
D. Mao, W. Tian, Kick effect of enzymes causes filament compression, Journal of Physics: Condensed Matter (2022)