Instabilities and patterns in coupled reaction-diffusion layers

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作者
Anne Catllá,Amelia McNamara,Chad M. Topaz
出处
期刊:Physical Review E [American Physical Society]
卷期号:85 (2) 被引量:30
标识
DOI:10.1103/physreve.85.026215
摘要

We study instabilities and pattern formation in reaction-diffusion layers that are diffusively coupled. For two-layer systems of identical two-component reactions, we analyze the stability of homogeneous steady states by exploiting the block symmetric structure of the linear problem. There are eight possible primary bifurcation scenarios, including a Turing-Turing bifurcation that involves two disparate length scales whose ratio may be tuned via the interlayer coupling. For systems of $n$-component layers and nonidentical layers, the linear problem's block form allows approximate decomposition into lower-dimensional linear problems if the coupling is sufficiently weak. As an example, we apply these results to a two-layer Brusselator system. The competing length scales engineered within the linear problem are readily apparent in numerical simulations of the full system. Selecting a $\sqrt{2}$:1 length-scale ratio produces an unusual steady square pattern.

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