A Simple Method to Measure the Interaction Potential of Dielectric Grains in a Dusty Plasma
介绍了一种简单的微扰方法，该方法提供了实验测量两个单独的尘埃粒子之间的径向约束势和相互作用势的能力，悬浮在鞘层的射频（RF）氩放电。在这种技术中，单个尘埃粒子落入等离子体鞘中，与已经位于系统平衡点的第二个单独的尘埃粒子相互作用，而不会引入任何外部扰动。使用采用多项式拟合粒子位移X（t）的方法分析所得数据，以减少计算中的不确定性。采用这种技术，水平约束被证明是抛物线在很宽的范围内的压力和位移的平衡点。的相互作用势也被测量和显示是很好地描述了一个屏蔽库仑势，并随着压力的增加而减少。最后，计算了颗粒上的电荷和有效的粉尘筛分距离。它是第一次实验表明，在一个RF等离子体鞘层中的粒子上的电荷随压力的增加而减少，与理论预测一致。筛选距离也如预期的那样随着压力的增加而减小。该技术可用于尘埃等离子体中粒子参数的快速测定。
2010-08-19 physics.plasm-ph
Radiometric force in dusty plasmas
研究了一定数量尘埃颗粒污染的射频辉光放电等离子体。除了各种尘埃等离子体现象，一些具体的胶体效应应予以考虑。我们专注于辐射力，这是由不均匀的温度分布。除了热泳，尘埃等离子体中温度分布的作用是一个悬而未决的问题。结果表明，不均匀加热的颗粒由离子流的结果在一个新的电泳一样的力，这是特定的尘埃放电。在最近的微重力实验条件下，可以观察到这种辐射力。
2000-06-29 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Reflection of a dust acoustic solitary wave in a dusty plasma
我们报告的第一个实验观测的反射尘埃声孤波从一个潜在的障碍在尘埃等离子体介质。实验是在一个倒置的$Π$形状的尘埃等离子体实验（DPEx）设备中进行的，在直流辉光放电等离子体环境中。尘埃声孤波是通过叠加在放电电压上的短负高斯脉冲调制等离子体激发的。孤立波结构被认为是朝着一个潜在的障碍，产生的鞘周围偏置的电线，并返回后反射的障碍。记录了孤子的振幅、宽度和速度随时间的变化。对不同势垒强度和不同初始孤立波振幅的情况重复实验。发现孤立波最接近势垒中心的距离随势垒强度的增大而增大，随初始波幅的减小而减小。发射探针用于测量鞘层电位及其厚度，通过测量连接到偏置线的电阻范围内的轴向方向上的等离子体电位分布。修正的Korteweg de Vries方程的推导和数值求解定性地了解实验结果。
2021-09-27 physics.plasm-ph
Driven dust-charge fluctuation and chaotic ion dynamics in the plasma sheath and pre-sheath regions
本文利用h-PIC-MCC模拟研究尘埃等离子体鞘层与预鞘层中由紫外辐射驱动的尘埃电荷涨落，证明其可诱发离子动力学的混沌振荡。
2022-12-29 nlin.CD physics.plasm-ph
Dusty plasma cavities: probe-induced and natural
本文对复杂等离子体晶体中的区域性排尘进行了全面的探索。在国际空间站上的3D晶体中产生的空洞为实验提供了丰富的基础，但在地面实验中形成的尘埃晶体中的空洞并没有受到太多的关注。在一个改进的GEC RF单元内，一个动力垂直探头被用来清除尘埃晶体的中心区域，产生一个具有高度圆柱对称性的空腔。由三种机制产生的腔进行检查。首先，研究了带负电荷探针对微米级粒子的排斥作用。这种效果的DC等离子体开发的模型进行了修改，并应用于解释新的实验数据在RF等离子体。其次，自然腔的形成进行调查;径向离子阻力建议发生由于弯曲的鞘被认为是结合热泳和扁平的限制电位以上的中心的电极。最后，在将探针电位增加到等离子体浮动电位以上时意外地发生空腔形成。由这些方法产生的腔看起来相似，但每个都被证明是由根本不同的过程促进的。
2014-06-05 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
On the heterogeneous character of the heartbeat instability in complex (dusty) plasmas
提出了复杂等离子体（尘埃）中产生心跳不稳定性的物理机制的一个假说。结果表明，不稳定性的发生是由于无微粒区（空隙）和复杂等离子体之间的边界上的周期性重复的临界转变。临界转变被认为类似于在电极附近形成鞘层。转变的起源是空隙周围的微粒上的电子和离子的损失。我们已经表明，这一假设是一致的实验测量的稳定性参数范围内，与等离子体的辉光强度和微粒动力学的演变过程中的不稳定性，以及与所观察到的激励的心跳不稳定性的强度调制的激光束，调谐到工作气体的原子跃迁。
2012-06-26 physics.plasm-ph
Molecular dynamics study of crystal formation and structural phase transition in Yukawa system for dusty plasma medium
利用分子动力学模拟研究了尘埃等离子体介质中由尘埃与Yukawa相互作用描述的层状晶体的形成。多层结构被示出为在沿^ z方向的组合重力和外部电场力（在实验中表示鞘场）的存在下形成。详细研究了晶体层形成的数量、它们的宽度等的依赖性，基于各种系统参数（即，外场分布和汤川相互作用的屏蔽长度）进行了分析。本文详细地研究了晶体双层膜的结构性质，用对关联函数和Voronoi图确定了它们的结构。已经表明，结晶层经历从六方（通常也称为三角形）到正方形晶格配置的结构相变。在模拟中观察到了从六方到正方（和菱形）结构的重入相变。
2018-12-13 physics.plasm-ph
Particulate Contamination Within Fusion Devices and Complex (Dusty) Plasmas
在过去的十年中，尘埃颗粒污染越来越成为聚变研究界关注的一个领域。在国际热核聚变实验反应堆（ITER）这样的燃烧等离子体机器设计中，灰尘污染给诊断集成带来了问题，并可能导致氚安全问题。另外，由于ITER的设计，由于灰尘/壁的相互作用以及由这种颗粒在等离子体内产生的可能的不稳定性，预计这种灰尘污染问题将变得更加令人担忧。由于这种尘埃的动力学一般可以解释采用的离子阻力，库仑力和离子鞘前漂移的组合，最近的研究在复杂的（尘埃）等离子体物理往往提供了独特的见解，这一研究领域。本文将讨论如何在GEC射频参考电池的灰尘和等离子体参数的实验观测可能被用来诊断条件聚变反应堆内，希望提供深入了解可能的机制灰尘检测和清除的可能性。
2007-07-24 physics.plasm-ph
Dusty Plasma Experimental (DPEx) device for complex plasma experiments with flow
介绍了一种用于研究复杂等离子体中线性和非线性波/结构的流动诱导激发的多功能桌面尘埃等离子体实验装置。在这种{ $Π$ }形装置中，通过在中性气体{（氩气）}的背景中施加高电压DC，在盘形阳极和接地的长阴极{托盘}之间产生DC辉光放电等离子体，随后通过引入在鞘层区域中被充电和悬浮的微米尺寸的灰尘颗粒来产生灰尘等离子体。通过调节泵送速度和进入装置的气体流速，以受控的方式诱导灰尘颗粒的流动。一个完整的等离子体的特性，使用朗缪尔和发射探针数据，和尘埃等离子体使用粒子跟踪数据的帮助下，基于IDL（超级）粒子识别和跟踪（SPIT）代码的报告。给出了粉尘流速随中性压力和气体流量变化的实验结果。{The作用在颗粒上的中性拖曳力和Epstein系数由颗粒的初始加速度估计。潜在的实验能力的设备进行流动诱导不稳定性的基础研究进行了讨论。
2015-08-17 physics.plasm-ph
Effect of magnetic field on the phase transition in a dusty plasma
自洽晶体结构的形成是复杂等离子体中的一个众所周知的现象。在大多数实验中，压力和射频功率是确定系统相位的主要控制参数。利用磁化尘埃等离子体实验装置研究了外加磁场对悬浮在射频放电鞘层中等离子体晶体结构的影响。实验是在固定的压力和射频功率下进行的，其中在约束环内形成晶体结构。然后将磁场从0增加到1.28 T。我们报告的晶体结构的击穿与增加磁场。磁场影响等离子体粒子的动力学，并且首先导致晶体的旋转。在较高的磁场下，移动粒子的角速度存在径向变化（剪切），我们认为这导致晶体熔化。通过评估作为磁场的函数的对关联函数的变化来确认这种熔化。
2017-09-12 physics.plasm-ph
Dust cluster spin in complex (dusty) plasmas
在实验中观察到了复杂等离子体鞘层中立方体玻璃盒中小尘埃团的自发旋转。由于尘埃粒子之间的强耦合，这些星团表现得像一个刚体，其中星团的旋转取决于它们的配置和对称性。通过评估不同的贡献力的影响，据推测，所观察到的旋转是由离子尾流力施加在集群上的净扭矩驱动的。团簇的结构和对称性决定了由离子尾流力引起的净扭矩是否为非零，从而导致团簇旋转。一个COPTIC（笛卡尔网格，斜边界，粒子和热在细胞）模拟得到的离子尾流电位提供了一个理论模型的集群旋转，其中包括离子尾流力和中性阻力和预测的旋转速率和方向与实验结果一致。然后，这些结果用于诊断盒内的离子流。
2017-05-26 physics.plasm-ph
Observation of non-planar dust acoustic solitary wave in a strongly coupled dusty plasma
本文在强耦合尘埃等离子体中实验观测了由圆柱激发针产生的非平面尘埃声孤立波，并通过修正KdV方程数值解验证了波幅和波宽随时间的演化规律。
2023-09-21 physics.plasm-ph
DPEx-II: A New Dusty Plasma Device Capable of Producing Large Sized DC Coulomb Crystals
空间扩展的稳定直流复合等离子体晶体的产生是一个巨大的实验挑战，也是尘埃等离子体领域的一个热门研究领域。在本文中，我们描述了一个新建成的和委托尘埃等离子体实验装置，DPEx-II，在等离子体研究所。该装置可以支持在直流辉光放电等离子体中形成大尺寸的库仑晶体。在这个L形桌面玻璃室中的等离子体产生于圆形阳极和长托盘形阴极之间。它的特点是与各种静电探针的帮助下，在一系列的放电条件。尘埃粒子由尘埃分配器引入，以在阴极鞘层区域形成强耦合库仑晶体。独特的非对称电极配置最大限度地减少了灰尘颗粒的加热，并有助于使用该设备形成最大可实现尺寸为40 cm X 15 cm的晶体结构。较大的晶体相对于较小的晶体具有许多优点，例如较高的结构均匀性、较少的缺陷、由于有限尺寸效应而导致的较低的统计误差等。提供了一系列诊断工具来表征库仑晶体。几个初步实验的结果，旨在证明该设备的技术能力和其潜力，为未来的尘埃等离子体研究，报告。
2021-07-13 physics.plasm-ph
Two-dimensional complex (dusty) plasma with active Janus particles
实验研究了含有活性Janus粒子的二维复杂等离子体。在低压氩气射频放电的等离子体鞘层中悬浮单层微米级塑料微球。所用的颗粒样品是规则颗粒和Janus颗粒的混合物，其一侧涂有一薄层铂。与仅由规则颗粒组成的悬浮液不同，包含Janus颗粒的悬浮液在所使用的实验条件下没有形成有序晶格。相反，粒子在无序悬浮液中以高动能四处移动。出乎意料的是，粒子的平均动能随着照射激光功率的增加而下降。这是由两个驱动力的竞争，电泳力和相反方向的离子拖曳力。粒子的均方位移按比例缩放为$t^α$，其中$α=2$在小时间$t$指示弹道运动，而$α=0.56\pm0.27$在较长时间由于Janus粒子倾向于以圆形轨道移动和外部约束的组合效应。
2022-11-21 physics.plasm-ph
Structural transformation of dusty plasma crystal in DC discharge plasma by changing confinement ring bias
本研究在LDPEx装置上通过调控约束环偏压改变约束势，在不影响整体等离子体参数的前提下，实现了尘埃等离子体晶体从稳定结构到核心固液共存的转变，并揭示了其由下层尘埃涨落触发的熔化机制。
2023-10-05 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
Experimental observation of self excited co--rotating multiple vortices in a dusty plasma with inhomogeneous plasma background
本文报道了在非均匀扩散等离子体背景下，扩展尘埃柱中多个同向旋转涡旋的实验观测。感应耦合射频放电是在氩气的背景下在源区域，后来发现扩散在主实验室开始。产生次级DC辉光放电等离子体以将灰尘颗粒引入到等离子体中。这些微米尺寸的多分散灰尘颗粒在等离子体环境中被充电，并被扩散等离子体的双极电场传输，并被发现限制在势阱中，其中扩散等离子体的合成电场（双极E-场）和玻璃壁充电（鞘E-场）抵抗重力保持微米尺寸的颗粒。多个同向旋转（逆时针方向）的尘埃涡观察到在一个特定的放电条件下的尘埃云。当输入RF功率降低时，观察到从多个到单个尘埃涡旋的过渡。这些旋涡的发生解释的基础上的尘埃粒子的电荷梯度，这是正交的离子拖曳力。电荷梯度是沿尘埃云长度的等离子体不均匀性的结果。多重涡旋的具体性质和原因还有待于进一步的实验研究，但基于沙尘涡旋的特征尺度长度，对多重涡旋的定性认识已经有了初步的探讨。尘埃等离子体中存在一个特征尺度的涡旋，使得在不均匀等离子体背景的扩展尘埃等离子体中有可能形成多个涡旋。对颗粒旋涡运动的实验结果与理论模型进行了比较，发现有一定的一致性。
2017-01-12 physics.plasm-ph
Separation of bi-dispersed microspheres in dusty plasma ratchet experiments
Hebei University（河北大学）；South China Normal University（华南师范大学）；Soochow University（苏州大学）
实验证明，利用设计的尘埃等离子体棘轮，双分散微球在欠阻尼强耦合下因高度依赖的棘轮势而实现不同速度甚至反向的定向输运，从而有效分离。
2026-09-09 physics.bio-ph physics.plasm-ph
Spatial distribution of Dust Density Wave Properties in Fluid Complex Plasmas
复杂等离子体由嵌入在低温等离子体中的微粒组成，并允许通过追踪这些微粒的运动来研究各种效应。尘埃密度波在复杂等离子体中表现为微粒流体中的自激声波。在这里，我们表明，这些波的各种属性取决于微粒云相对于等离子体鞘的位置，并解释这一发现的基础离子漂移不稳定性。这些结果可能有助于更好地理解尘埃密度波在复杂等离子体中的传播，例如，在天体物理尘埃等离子体中。
2022-02-15 physics.plasm-ph
Measurement of temperature of a dusty plasma from configuration
在尘埃等离子体的背景下，引入了一种新的方法，称为“蒸发温度”，其中的尘埃粒子，淹没在等离子体中，可以直接从单个尘埃粒子的位置信息和尘埃颗粒之间的相互作用势测量的温度。该方法不需要传统方法中测量粉尘温度的关键参数--单个颗粒的速度信息。该方法首先使用二维OpenMP并行分子动力学和蒙特卡罗模拟进行测试，然后与由实验数据估算的温度进行比较。实验在DPEx装置上进行，在直流辉光放电氩等离子体的阴极鞘层中形成了三聚氰胺甲醛颗粒的二维稳态等离子体晶体。利用标准PIV技术计算了不同压力下粉尘的动力学温度。模拟结果与实验数据吻合较好，在相对较高的压力下，尘埃颗粒排列成晶态或强耦合流体状态。本文还给出了三维情况下的扩展模拟结果，可用于实验室装置中三维尘埃晶体的温度测量。
2020-01-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Melting transition of two-dimensional complex plasma crystal in the DC glow discharge
自洽尘埃晶体的形成及其熔化是射频等离子体中的一个众所周知的现象，但在直流辉光放电等离子体中仍然具有挑战性。在这里，我们报告的二维尘埃等离子体晶体的熔化，悬浮在阴极鞘层的直流辉光放电等离子体。实验在$Π-$形状的粉尘等离子体实验（DPEx）装置中进行，其中在氩等离子体背景中的限制条之间形成三聚氰胺甲醛颗粒的固定晶体。当中性压力降低时，稳定结构被破坏，变为流体状态。甚至在很低的压力下达到气体状态。中性压力范围内观察到这种熔化转变是一个数量级小于射频放电等离子体中报道的。通过评估不同特征参数的变化，如对关联函数，Voronoi图，局部键级，缺陷分数和尘埃温度作为背景中性压力的函数，确认了过渡。这种转变归因于有效粒子温度的增加，我们认为这是由于电荷波动和离子流的增加而发生的。该装置的特殊功能，有助于尘埃晶体的形成和它的熔化在直流辉光放电，可以实现研究与尘埃晶体在直流辉光放电等离子体装置中的各种现象。
2020-04-30 physics.plasm-ph
Influence of External Magnetic Field on Dust$-$Acoustic Waves in a Capacitive RF Discharge
本文报道了$-$自激尘埃声波在磁化射频放电等离子体中的传播特性。在尘埃等离子体中，当在约束势阱中加入更多的粒子后，可以自发激发出DAW，并发现DAW沿离子流方向传播。这种低频模式的自发激发是可能的，由于不稳定性与通过尘埃颗粒介质的离子流。背景电场和中性气压决定了激发态直驱波的稳定性。外磁场的强度对直拉丝的特性有很大的影响。强度为B $<$ 0.05 T的磁场仅在中等功率和中等气压下（P = 3.5 W和p = 27 Pa）改变尘埃等离子体中的波的传播特性。发现当磁场B $>$大于0.05 T时，直声表面波开始衰减，当磁场B $\sim$大于0.13 T时，直声表面波完全衰减。在将功率和压强分别降低到3W和23Pa后，在没有B的情况下激发的DAW稍微不稳定。在这种情况下，磁场仅稳定和修改了DW的传播特性，而B的强度增加到0.1 T或甚至更高。外磁场对粒子鞘层电场的影响是磁化射频放电等离子体中直序波导发生衰减的主要原因。
2019-09-29 physics.plasm-ph
Dust vortex flow analysis in weakly magnetized plasma
本文分析了弱磁化等离子体中驱动尘埃涡旋的流动。应用二维流体动力学模型对非均匀磁场中的受限尘埃云进行数值模拟，在不存在任何非保守场或尘埃电荷变化的情况下，恢复了保守力场驱动下的尘埃涡旋流动。虽然分析中包含的与时间无关的电场和磁场提供了保守的强迫机制，但当[M. Puttscher和A. Melzer，Physics of Plasmas，21，123704（2014）]，尘埃涡旋流解被示出为被恢复。我们已经研究了由电子E*B漂移产生的极化产生的纯双极电场驱动尘埃流的情况。剪切E*B漂移流由磁场梯度促进，在没有离子阻力的情况下驱动涡流。分析了不同磁场强度、磁场梯度和尘埃流体运动粘度下的流函数解析解。B场梯度的效果进行了分析，对比的E场梯度存在于等离子体鞘。
2020-06-03 physics.plasm-ph
Nonlinear Debye screening in strongly-coupled plasmas
等离子体的一个普遍存在的性质是静电势的德拜屏蔽。德拜屏蔽的重要方面，特别是在强耦合等离子体中发生的非线性电荷屏蔽效应的研究，这意味着德拜-休克尔势的有效电荷减少。这些效应在以高Z粒子为特征的尘埃等离子体中特别相关。这些粒子的有效相互作用的调查引起了人们的兴趣，特别是在最近几年的数值模拟。在这项工作中，我们打算分析的德拜屏蔽的传统数学模型的一致性。特别地，我们打算证明DH模型中涉及的三维Poisson方程不允许强解。为此，提出了一种修改的模型，该模型考虑了局部等离子体鞘层的影响（即，靠近测试粒子的局部区域，其中等离子体必须被认为是离散的）。基本后果的模型进行了讨论，其中涉及的弱耦合和强耦合等离子体确定的解决方案的渐近性质。作为应用，研究了强耦合等离子体中的电荷屏蔽效应，并确定了渐近DH势的有效电荷的显式表达式。
2006-11-15 physics.plasm-ph
Driven dust vortex characteristics in plasma with external transverse and weak magnetic field
本文将等离子体中有界尘埃流动动力学的二维流体动力学模型推广应用于分析平面装置中存在外部横向弱磁场（${\bf B}$）时的驱动涡旋特性和最近磁化尘埃等离子体（MDP）实验激发的参数区。该分析表明，由于${\bf E}\times {\bf B}$和${\nabla {\bf B}}\times {\bf B}$漂移，${\bf B}$中的剪切可以在电子和离子之间产生剪切内部场（${\bf E_a}$），该漂移引起悬浮在等离子体中的尘埃云的旋转。流场解表明，中性压力决定了离子阻力和${\bf E_a}$力之间的主导关系。剪切离子阻力产生逆时针的圆形涡旋结构，而剪切${\bf E_a}$力是非常局部化的，并产生顺时针的$D$形的椭圆结构，随着${\bf B}$的减小，该椭圆结构转变为螺旋结构。系统参数的影响，包括${\bf B}$的强度，通过改变其大小和剪切模式的数量和鞘场进行了分析内的弱MDP制度，显示出显着的变化，在流动结构和动量。在高压和较低${\bf B}$的参数区域，${\bf E_a}$力变得与离子阻力相当或占主导地位，并且在该区域中发展出奇特的反向旋转涡对。此外，当${\bf B}$被翻转$180^0$度时，两个驱动器一起作用并产生单个强正交结构，示出了${\bf B}$方向在MDP系统中的重要性。进一步讨论了MDP实验中报道的类似椭圆/椭圆形结构和相关的自然驱动耗散流系…
2020-11-06 physics.plasm-ph
Electric field diagnostics in a continuous rf plasma using Rydberg-EIT
University of Michigan（密歇根大学）；Eastern Michigan University（东密歇根大学）
本研究利用瑞利德-埃它技术在连续射频等离子体中非侵入式测量电场，通过光谱分析确定等离子体密度和碰撞性线展宽。
2025-12-18 physics.atom-ph physics.plasm-ph quant-ph
