我国学者在尘埃等离子体研究领域取得重要进展

  记者3月9日从河北大学获悉，该大学副教授贺亚峰、华南师范大学教授艾保全和苏州大学教授冯岩等共同合作，在尘埃等离子体研究领域取得重要进展。相关成果近日发表于《物理评论快报》。 尘埃等离子体指包含尘埃颗粒的等离子体系统，其广泛存在于行星际空间、等离子体聚变装置以及低温等离子体工业应用等环境中。 贺亚峰介绍，该研究首次将费曼棘轮的思想扩展到尘埃等离子体实验系统中，提出并设计了尘埃等离子体棘轮实验装置。在这套尘埃等离子体实验系统中，通过调节射频等离子体实验参数，率先实现了尘埃等离子体的整流和反转，即等离子体中尘埃颗粒的可控性整流。 “实验操作中通过调节射频等离子体气压和功率等参数，就能控制这些尘埃颗粒运动速度的大小与方向，并不需要改变系统其他任何参数。”贺亚峰表示，对这一实验系统中尘埃颗粒的定向运动机制的深入研究发现，棘轮运动中有两大关键因素，即不对称性的棘轮势场和尘埃颗粒的集体效应。进一步的数值模拟与实验结果吻合得很好，而且更进一步定量化地揭示了尘埃等离子体棘轮体系的整流机制的核心两大因素，与实验发现完全一致。定量化分析结果发现，带电尘埃颗粒所受棘轮势的特性与射频等离子体参数、棘轮结构等因素密切相关，通过改变等离子体参量可以控制棘轮势的方向，进而控制尘埃颗粒的整流方向。 该研究首次提出了尘埃等离子体棘轮的概念，通过设计棘轮结构实验装置，实现了等离子体环境中尘埃颗粒的可控性整流，并进一步阐述了其物理机制。研究结果扩展了尘埃等离子体研究方向，为搜集等离子体环境中尘埃颗粒携带的能量并进一步加以利用指明了方向。 相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.075001    

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