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Control of transversal instabilities in reaction-diffusion systems

  • In two-dimensional reaction-diffusion systems, local curvature perturbations on traveling waves are typically damped out and vanish. However, if the inhibitor diffuses much faster than the activator, transversal instabilities can arise, leading from flat to folded, spatio-temporally modulated waves and to spreading spiral turbulence. Here, we propose a scheme to induce or inhibit these instabilities via a spatio-temporal feedback loop. In a piecewise-linear version of the FitzHugh-Nagumo model, transversal instabilities and spiral turbulence in the uncontrolled system are shown to be suppressed in the presence of control, thereby stabilizing plane wave propagation. Conversely, in numerical simulations with the modified Oregonator model for the photosensitive Belousov-Zhabotinsky reaction, which does not exhibit transversal instabilities on its own, we demonstrate the feasibility of inducing transversal instabilities and study the emerging wave patterns in a well-controlled manner.

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Verfasserangaben:Sonja Juliana TotzORCiDGND, Jakob Löber, Jan Frederik TotzORCiD, Harald Engel
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469762
DOI:https://doi.org/10.25932/publishup-46976
ISSN:1866-8372
Titel des übergeordneten Werks (Deutsch):Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
Schriftenreihe (Bandnummer):Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe (962)
Publikationstyp:Postprint
Sprache:Englisch
Datum der Erstveröffentlichung:01.07.2020
Erscheinungsjahr:2018
Veröffentlichende Institution:Universität Potsdam
Datum der Freischaltung:01.07.2020
Freies Schlagwort / Tag:control; transversal instabilities; traveling waves
Ausgabe:962
Seitenanzahl:19
Quelle:New Journal of Physics 20 (2018) 053034 DOI: 10.1088/1367-2630/aabce5
Organisationseinheiten:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC-Klassifikation:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Peer Review:Referiert
Publikationsweg:Open Access
Lizenz (Deutsch):License LogoCC-BY - Namensnennung 4.0 International
Externe Anmerkung:Bibliographieeintrag der Originalveröffentlichung/Quelle
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