Effect of ionization waves on dust chain formation in a DC discharge
复杂等离子体的一个有趣的方面是它能够自组织成各种结构配置，并在这些状态之间进行转换。一个引人注目的现象是在对称离子尾场的影响下，在电流变复合等离子体中观察到的各向同性到弦的转变。利用国际空间站上的等离子Kristall-4（PK-4）微重力实验室对这种转变进行了研究。最近的实验和数值模拟表明，在PK-4相关的放电条件下，看似均匀的DC放电柱是高度不均匀的，与微秒时间尺度上发生的电离波相关的大的轴向电场振荡。采用多尺度尘埃-等离子体相互作用的数值模型，研究了电场对单个尘埃粒子电荷、离子尾场和类弦结构的影响。在PK-4实验中，在类似条件下形成的尘埃串的结果进行了比较。
2021-07-21 physics.plasm-ph
Vibrational Modes and Instabilities of a Dust Particle Pair in a Complex Plasma
本文采用镜像电荷法模拟外电场诱导的等离子体尾流场，研究了地面实验室复杂等离子体中尘埃粒子对的振动模式和不稳定性。结果表明，无论是水平排列还是垂直排列的尘埃粒子对，在平衡状态下都存在四个简正模。约束参数的变化导致水平对中的单一类型的不稳定性和垂直对中的两种类型的不稳定性。
2010-10-19 physics.plasm-ph
One-dimensional vertical dust strings in a glass box
研究了GEC参比池中下电极顶部玻璃盒内形成的一维垂直尘埃弦的振荡谱。描述了一种用于产生单个竖直粉尘串的机构。结果表明，振动振幅，共振频率，阻尼系数和振动相位的尘埃粒子分为两个不同的群体。一组表现出较低的阻尼系数，增加振幅和降低共振频率的尘埃粒子更接近下电极。另一组显示出高阻尼系数，但异常的共振频率和振幅。在低振荡频率下，两组也被π相位差分开。两组之间的行为差异的一个可能的原因进行了讨论。
2011-07-11 physics.plasm-ph
Helical Structures in Vertically Aligned Dust Particle Chains in a Complex Plasma
自组装结构从垂直对齐，带电的尘埃粒子束内的玻璃盒放置在较低的，供电的电极的RF GEC细胞进行了生产和实验研究。自组织形成的一维垂直链，二维锯齿形结构和三维螺旋结构的三角形，四边形，五边形，六边形，和七边形对称的发生。系统的演变是从一个一维的链结构，通过曲折过渡到一个二维的，纺锤状的结构，然后到各种三维的，螺旋结构表现出多重对称性的进展。稳定的配置被发现是依赖于系统的限制，（其中是水平和垂直的灰尘共振频率），在一个束和RF功率的粒子的总数。对于具有固定数量的颗粒的簇，发生结构转变的RF功率是可重复的，并且没有表现出可观察到的滞后。这些结构转变的临界条件以及随后发展的一维、二维和三维结构所表现出的基本对称性，与Kamimura和Ishihara [10]理论上提出的采用分子动力学模拟确定的最低能量的理论预测构型非常一致。
2013-03-21 physics.plasm-ph
Dust charging in dynamic ion wakes
100微米大小的尘埃颗粒已经成功地被用作非微扰探针来测量小空间尺度上等离子体条件的变化，例如在等离子体鞘中发现的那些。颗粒的动力学可用于绘制由于鞘层中存在的电场而产生的力，但颗粒电荷和电场难以独立测量。在流动等离子体中尘埃颗粒下游发展的离子尾流场使问题进一步复杂化。在鞘层内，离子被加速朝向带电边界，并且这种离子流在尘埃颗粒的下游产生带正电荷的空间区域，称为离子尾流。离子尾流又改变了带电颗粒之间的相互作用势。在这里，我们使用分子动力学模拟的离子流通过尘埃颗粒来研究带电尘埃粒子和离子之间的相互作用。颗粒的充电和动力学耦合自洽和来自离子尘埃相互作用，允许详细分析的尾场介导的相互作用的尘埃颗粒的结构配置的变化。尘埃颗粒的放电，因为它通过上游粒子的尾流和有吸引力的离子尾场力的移动被映射为一系列的离子流速度。
2019-08-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Interaction force in a vertical dust chain inside a glass box
少量的尘埃粒子团簇可用作等离子体诊断的探针。尘埃颗粒的数量以及簇的大小和形状可以很容易地控制，采用玻璃盒放置在GEC射频参考室内，以提供限制的灰尘。该盒内和较大等离子体室内的等离子体参数尚未充分确定。调整射频功率会改变等离子体的条件，从而导致团簇的结构变化。这种效应可以用来探测射频功率与等离子体其它参数之间的关系。本实验利用小团簇振荡的晃动和呼吸模式，研究了系统射频功率与玻璃盒内粒子电荷和等离子体屏蔽长度之间的关系。实验结果表明，随着箱内射频功率的增加，屏蔽长度和粉尘荷电量均减小。尘埃电荷随着功率的增加而减少，这可能表明离子捕获在鞘层中起着重要作用。
2014-06-12 physics.plasm-ph
Vertical probe-induced asymmetric dust oscillation in complex plasma
使用Zyvex S100 Nanomanipulator扰动漂浮在GEC参比池中的供电下电极上方的鞘中的库仑晶体内的球形微米级颗粒。使用S100，将垂直探针定位在相对于鞘内形成的晶体的不同位置处的单元内。当探测器向尘埃层的水平面下降时，一个圆形的空腔在晶体的中心打开并膨胀。为了探索最小微扰状态，探针被提升到关闭这个腔的位置，探针电位振荡，并分析探针正下方粒子的运动。使用一个简单的电场模型的等离子体鞘层，悬浮高度的变化预测与实验进行了比较。
2013-03-21 physics.plasm-ph
Probing the sheat electric field using thermophoresis in dusty plasma. Part II: Experimental measurements
通过加热或冷却下电极来操纵悬浮在改进的气体电子会议（GEC）参比池鞘中的二维尘埃晶体。尘埃电荷是从使用先前开发的分析模型的晶体的顶视图图片。通过假设一个简单的力平衡，并测量径向约束力，在鞘层中的垂直电场分布的重建。尘埃晶体悬浮在玻姆点的等离子体一侧。最后，它表明，离子阻力起着重要的作用，在垂直力平衡，即使是大的尘埃颗粒。
2009-07-01 physics.plasm-ph
Witness electron beam injection using an active plasma lens for a proton beam-driven plasma wakefield accelerator
有源等离子体透镜使用由通过等离子体的放电电流产生的磁场同时在水平和垂直平面上聚焦射束。使用100 T/m数量级的聚焦梯度，可以在短距离内获得5- 10 $μ$ m的光束尺寸。因此，有源等离子体透镜是用于等离子体尾场加速的有吸引力的元件，因为需要极小尺寸的见证电子束注入到等离子体尾场中以最小化发射度增长并提高捕获效率。当驱动电子束和见证电子束共同传播通过有源等离子体透镜时，必须考虑驱动电子束和见证电子束与等离子体之间的相互作用。在本文中，通过粒子模拟，我们讨论了使用主动等离子体透镜的电子束的最终聚焦的AWAKE运行2实验的可能性。证实了质子束团激发的等离子体尾波场的振幅即使在通过有源等离子体透镜后也保持不变。在透镜的等离子体密度斜坡区，见证电子束的发射度迅速增加。然而，当见证电子束具有100 pC的电荷、10 mm mrad的发射度和60 $μ$ m的聚束长度时，其发射度沿有源等离子体透镜的增长并不显著。对于小的发射度，如2毫米毫拉德，发射度的增长被发现是强烈依赖于RMS束的大小，等离子体密度，和多重库仑散射。
2021-12-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Anisotropic anomalous diffusion in microgravity dusty plasma. Part One: Nonextensive Statistical Analysis
本研究利用PK-4装置数据，通过非广延统计分析方法，揭示了微重力尘埃等离子体中由电场引起的各向异性反常扩散，并发现压力与电流对系统平衡态的影响。
2025-04-23 physics.plasm-ph
Mode coupling and resonance instabilities in quasi-two-dimensional dust clusters in complex plasmas
小准二维（2D）尘埃团组成的3至11个粒子在不同的射频功率下形成的氩等离子体。通过跟踪粒子热运动得到的模谱研究了它们的简正模。详细的水平和垂直模式之间的耦合模式被检测到的粒子数高达7和离散的不稳定性被发现的尘埃粒子数大于9，在以前的理论预测的离子流诱导的模式耦合在小集群。不稳定性被证明是由耦合的水平和垂直的正常模式之间的共振。
2014-06-24 physics.plasm-ph
Mode couplings and resonance instabilities in dust clusters
用N体模拟方法研究了复杂等离子体中3 ~ 7粒子二维尘埃团簇的简正模。每个粒子的离子尾场下游示出诱导水平和垂直模式之间的耦合。模式耦合的规则进行了研究，通过分类的模式本征矢量采用贝塞尔和三角函数索引的阶数（m，n）。结果表明，耦合只发生在两个模式之间具有相同的m和水平模式具有较高的剪切贡献表现出较弱的耦合。三种类型的共振时，两个耦合模式具有相同的频率。第一和第三类共振引起的离散不稳定性进行了验证，第三类共振引起的不稳定性被发现诱导熔化。熔化过程是一个两步的过程，其固液相变严格遵守Lindemann判据。
2014-06-24 physics.plasm-ph
Weakly nonlinear vertical dust grain oscillations in dusty plasma crystals in the presence of a magnetic field
本文讨论了尘埃（复杂）等离子体晶体中横向顺磁尘埃粒子振荡的弱非线性机制。的非线性，这是有关的鞘电/磁场（S）和晶粒间（静电/磁偶极子）的相互作用，示出导致相位谐波的产生，并在传播的横向尘埃晶格模式的情况下，由于自相互作用的载波的调制不稳定性。稳定性分布明确地依赖于等离子体鞘层中的电场和磁场的形式。由非线性薛定谔方程（NLSE）描述的调制波包的长期演化可能导致传播局域包络结构，给出并讨论了其精确形式.对实验研究提出了明确的建议。
2004-04-20 physics.atm-clus physics.plasm-ph
Determination of interaction between a dust particle pair in complex plasmas
一种非侵入性的方法来测量粒子的相互作用，只使用粒子的热运动被施加到一个复杂的等离子体中的垂直排列的尘埃粒子对。扫描模式谱（SMS）是通过跟踪晶粒的热运动获得的，然后从频率和简正模的本征矢量配置确定的相互作用强度。底部粒子作用于顶部粒子的相互作用被证明是Yukawa样的屏蔽长度抑制对离子流。顶部粒子对底部粒子的相互作用在垂直方向上是排斥的，在水平方向上是吸引的。从顶部到底部粒子的垂直相互作用比从底部到顶部粒子的强，与非均匀离子尾流理论预测的扩展离子尾流一致。水平吸引强度的确定用作离子尾流效应的直接验证和量化。加热较低的粒子在垂直和水平方向的观察和定量相关的相互作用的非互易性。发现在底部粒子的位置处的原位约束强度始终低于在顶部粒子的位置处的约束强度，这是由于在顶部粒子的离子尾流内部时下部粒子的放电导致的。
2017-05-04 physics.plasm-ph
Glow and dust in plasma boundaries
鞘层区域探测在不同的复杂的等离子体实验中使用尘埃粒子除了测量的光发射源自等离子体。光发射的局部最大值与鞘层边界处准中性的破裂相吻合，这一点由从尘埃粒子轨迹重建的垂直力分布图以及悬浮在电介质盒中的高密度尘埃云中的尘埃密度波的局部发作所指示。
2013-01-11 physics.plasm-ph
Propagation characteristics of dust$-$acoustic waves in presence of a floating cylindrical object in the DC discharge plasma
研究了$-$自激尘埃声波的实验观测及其在有、无漂浮圆柱体时的传播特性。实验是在直流辉光放电尘埃等离子体中进行的。尘埃粒子悬浮在等离子体与阴极鞘层的界面处。在尘埃介质中自发激发的DAW，并发现在较低的压力下，在阈值放电电流以上的离子漂移的方向（沿重力）传播。这种低频波的激发是尘埃云中离子-尘埃流不稳定性的结果。当存在一个半径大于尘埃德拜长度的漂浮圆柱体时，传播的尘埃声波的特性得到了改变。而不是在垂直方向上传播，发现在存在的浮动对象（保持垂直或水平）的DW斜向传播。此外，水平排列的漂浮物在鞘层区域的锥形尘埃云中形成波浪结构。的变化的传播特性的DAWs解释的基础上修改的电位（或电场）分布，这是一个后果的耦合鞘周围的圆柱形物体和阴极。
2016-05-03 physics.plasm-ph
Screened Coulomb potential in a flowing magnetized plasma
使用线性响应理论计算了具有磁化离子的复杂等离子体中移动尘埃颗粒的静电势，从而扩展了我们以前对非磁化等离子体的工作[P.Ludwig et al.，14，053016（2012）]。除了磁场，我们的方法占一个有限的离子温度以及离子中性碰撞。我们最近推出的代码\texttt{Kielstream}是用于有效的计算的尘埃潜力。增加离子的磁化强度，我们发现势的形状主要取决于马赫数$M$。在亚音速离子流（$M<1$）的制度，强磁化引起的电位分布是从非磁化的限制定性不同，而对于$M>1$的磁场有效地抑制等离子体尾场。
2014-07-07 physics.plasm-ph
Ion-wake Field inside a Glass Box
由玻璃盒提供的限制被证明是形成垂直排列结构的理想方法，并且是控制包括这些灰尘结构的灰尘颗粒的数量以及它们的尺寸和形状的方便方法。本文绘制了玻璃盒的电子约束图，测量了玻璃盒内粒子对之间的相互作用。的离子尾场被示出存在于玻璃盒内，其垂直和水平的程度进行了测量。
2016-04-16 physics.plasm-ph
Structural phase transitions and out-of-plane dust lattice instabilities in vertically confined plasma crystals
在一个正常的实验环境下，采用计算机程序BOXITREE模拟了限制在外部一维抛物势阱中的等离子体晶体的形成。在适当的条件下，发现晶体形成层状系统。系统的结构相变，包括不同层数和相同层数但不同层内结构的晶体之间的过渡，进行了研究，发现与以前的理论和实验研究结果一致。一至两层的过渡进行了详细的研究，并开始在该点的平面外晶格不稳定性出现。在系统的中心观察到由这种不稳定性引起的三层系统。最后，这种面外晶格不稳定性的增长率得到使用BOXITREE模拟与这些结果表明，同意从分析理论得到的。
2005-03-08 physics.gen-ph physics.plasm-ph
Spatiotemporal evolution of a self-excited dust density wave in a nanodusty plasma under strong Havnes effect
实验研究了由原位生长的碳纳米颗粒组成的垂直扩展纳米尘埃等离子体中的宽谱自激尘埃密度波。纳米尘埃等离子体具有高粒子密度（10^12-10^13 m^（-3）的数量级），垂直延伸可达（40 ± 0.1）cm，径向延伸可达（5 ± 0.1）cm。本文研究了强Havnes效应下尘埃自激密度波在大轴距（19 ± 0.1）cm上的传播。利用时间分辨希尔伯特变换和快速傅里叶变换技术，研究了尘埃空洞沿轴向、径向和斜向三个方向的频率和波数的时空演化。传播被发现是不均匀的整个尘埃云。波的相速度估计是相当低的，并沿传播方向下降。这种效应是由于沿传播方向的高Havnes参数导致的粒子电荷的强烈减少。通过对粒子平均电荷、离子密度和粒子云内有限电场的估算，定量分析了纳米尘埃等离子体中空洞的形成。新的见解也提出了关于波合并现象，使用时间分辨希尔伯特变换。
2021-10-07 physics.plasm-ph
Convective dust clouds in a complex plasma
等离子体是在垂直取向的细长玻璃管内的低频辉光放电中产生的。添加到等离子体中的尘埃粒子被限制在加热器上方，并在靠近管中心的地方形成反向旋转的云。云的形状和输送的尘埃粒子的速度场被确定。计算作用在粒子上的力。它示出的灰尘的对流是由对流气体运动的影响，这是反过来，由热蠕变的气体沿着不均匀加热的管壁。
2008-08-13 physics.plasm-ph
Square lattice formation in a monodisperse complex plasma
我们提出了在单分散复杂等离子体系统中形成正方形晶格的第一个观察结果-一种长期以来一直是该领域实验挑战的构型转变现象。实验是在桌面L形尘埃等离子体实验（DPEx-II）装置中进行的，在直流辉光放电氩等离子体环境中。通过仔细控制限制带电粒子的垂直电势以及离子尾流电荷与尘埃粒子相互作用的强度，我们能够将系统转向呈现正方形晶格配置的晶相。当垂直约束强度稍微降低到临界值以下时，会发生这种转变，从而导致单分散六边形2D尘埃晶体屈曲，形成窄分离的双层状态（准2D状态）。通过分子动力学（MD）模拟的相关参数，我们的实验提供了一些理论上的见解的过渡过程。
2022-08-04 physics.plasm-ph
Structure and Vertical Modes in Finite 2D Plasma Crystals
在这项研究中，形成有限的二维（2D）等离子体晶体进行了数值模拟。研究了不同德拜长度的系统的结构，发现随着德拜长度的增加，系统的结构从完全的六方结构转变为外缘同心环、内部六方晶格的结构。研究了二维尘埃库仑团簇中热激发的垂直和水平振动模式。结果表明，水平模谱与已发表的结果一致，而垂直模谱由数值模拟和解析方法得到的相互吻合。垂直模式的频率示出具有对应于作为固体平面的整个系统的最大值。对于低频率模式，最大振幅的粒子运动集中在几个内环与外环保持几乎不动的水平模式相比，其中最强的运动的粒子集中在内环在高频率。
2007-07-25 physics.plasm-ph
Determination of the levitation limits of dust particles within the sheath in complex plasma experiments
通过改变放电功率，在射频等离子体放电中，灰尘颗粒悬浮在通电电极上方不同高度处。从放电室顶部落下的颗粒的轨迹被用来重建作用在颗粒上的垂直电力。由此产生的数据，连同从自洽流体模型的结果，被用来确定在放电中的尘埃颗粒的悬浮下限和近似的高度以上的下电极，其中获得准中性，定位鞘边缘。然后将这些结果与当前的护套模型进行比较。它还表明，在鞘边缘的几个电子德拜长度内悬浮的粒子位于电场的线性增加的部分之外。
2011-12-07 physics.plasm-ph
3-Dimensional Dusty Plasma in a Strong Magnetic Field: Observation of Rotating Dust Tori
本文研究了强磁场中三维尘埃等离子体的动力学。由射频放电中的导电或非导电环产生的静电势阱限制了带电的灰尘颗粒。在没有磁场的情况下，尘埃颗粒表现出围绕其平衡位置的热运动。当磁场穿过阈值（B $>$ 0.02 T）时，边缘颗粒开始旋转并在垂直平面中形成涡流。同时，中心区域颗粒在水平面内表现出热运动或$\vec{E} \times \vec{B}$运动。在B $>$ 0.15 T时，中心区域的尘埃颗粒开始反向旋转，在垂直面内形成一对反向旋转的涡旋。涡旋对的特性随着磁场强度的增加而改变（B $\sim$ 0.8 T）。在B $>$ 0.8 T时，尘埃颗粒在旋转环中表现出非常复杂的运动。旋转粒子的角频率变化表明了涡旋中的差动或剪切尘埃旋转。当磁场从0.05 T增加到0.8 T时，角频率随磁场的增加而增加.离子拖曳力和尘埃电荷梯度与电场一起被认为是驱动边缘涡流和中心区涡流运动的可能能量来源。旋转的方向也证实了造成涡旋运动的不同能量来源。
2020-05-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Resonant emittance mixing of flat beams in plasma accelerators
本文研究了等离子体加速器中扁平束流因非线性耦合尾场引起的 betatron 共振而发生的发射度混合现象，指出该效应会显著降低亮度，并提出采用激光驱动器或扁平粒子束驱动器可减少共振粒子比例、缓解发射度退化。
2024-09-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experiments on the Electrostatic Transport of Charged Anorthite Particles under Electron Beam Irradiation
为了揭示次级电子发射对微米级绝缘粉尘颗粒表面带电特性的影响以及这些颗粒的迁移特性，首次采用激光多普勒法测量了入射能量为350 eV的电子束辐照下微米级钙长石颗粒的直径和速度。在这里，钙长石颗粒被视为月球风化层的代表。我们的实验证实，钙长石颗粒的垂直运输总是占主导地位，虽然水平运输发生。在我们的实验中，一些钙长石颗粒被观察到有很大的垂直速度高达9.74 m~s $^{-1}$在测量点。这些高速钙长石颗粒的垂直速度$V_{\rm{z}}$的上边界很好地受到其直径$D$的约束，即$V_{\rm{z}}^2$线性地依赖于$D^{-2}$。这些速度-直径数据提供了强有力的约束尘埃充电和运输机制。共享电荷模型不能解释观测到的速度-直径数据。孤立电荷模型和修补电荷模型似乎都需要$-$ 350 V至$-$ 78 V的大尘埃充电电位来重现观测数据。尘埃表面的微观结构可能在产生这种充电电位和理解我们实验中观察到的脉冲迁移现象中发挥重要作用。本文的结果和分析有助于理解月球和小行星等无空气天体在各种等离子体条件下的尘埃充电和静电输运机制。
2022-03-16 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.plasm-ph
