Effect of fractional derivatives on amplitude chimeras and symmetry-breaking death states in networks of limit-cycle oscillators

范德波尔振荡器 振幅 振荡(细胞信号) 极限环 物理 嵌合体(遗传学) 数学 量子力学 非线性系统 遗传学 生物化学 生物 基因 化学
作者
S. G. Ngueuteu Mbouna,Tanmoy Banerjee,Eckehard Schöll,R. Yamapi
出处
期刊:Chaos [American Institute of Physics]
卷期号:33 (6)
标识
DOI:10.1063/5.0144713
摘要

We study networks of coupled oscillators whose local dynamics are governed by the fractional-order versions of the paradigmatic van der Pol and Rayleigh oscillators. We show that the networks exhibit diverse amplitude chimeras and oscillation death patterns. The occurrence of amplitude chimeras in a network of van der Pol oscillators is observed for the first time. A form of amplitude chimera, namely, “damped amplitude chimera” is observed and characterized, where the size of the incoherent region(s) increases continuously in the course of time, and the oscillations of drifting units are damped continuously until they are quenched to steady state. It is found that as the order of the fractional derivative decreases, the lifetime of classical amplitude chimeras increases, and there is a critical point at which there is a transition to damped amplitude chimeras. Overall, a decrease in the order of fractional derivatives reduces the propensity to synchronization and promotes oscillation death phenomena including solitary oscillation death and chimera death patterns that were unobserved in networks of integer-order oscillators. This effect of the fractional derivatives is verified by the stability analysis based on the properties of the master stability function of some collective dynamical states calculated from the block-diagonalized variational equations of the coupled systems. The present study generalizes the results of our recently studied network of fractional-order Stuart–Landau oscillators.

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