Creating and studying ion acoustic waves in ultracold neutral plasmas
我们在超冷中性等离子体中激发离子声波，通过在等离子体产生过程中的压印密度调制。激光诱导荧光被用来观察由波产生的密度和速度扰动。膨胀的等离子体上的波振幅的演变的效果被描述通过处理作为一个绝热不变量的波作用。考虑到这种效应后，我们确定波是弱阻尼的，但阻尼明显快于朗道阻尼的预期。
2012-01-03 physics.atom-ph physics.plasm-ph
On the possibility of "correlation cooling" of ultracold neutral plasmas
最近的超冷中性等离子体实验表明，空间相关性的发展的基础上的内在加热效应。我们研究这种效应是否可以逆转，使强的空间相关性实际上可能导致冷却的离子。我们发现冷却确实是可能的。然而，它需要对初始状态进行非常精确的准备。量子力学的零点运动为离子冷却设定了一个下限。
2004-04-21 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Plasma Oscillations and Expansion of an Ultracold Neutral Plasma
本文报道了在超冷中性等离子体中观察到的等离子体振荡现象。用这种集体模式，我们探测电子密度分布，并研究等离子体的膨胀作为时间的函数。对于经典等离子体条件，即弱库仑耦合，膨胀由电子气的压力主导，并由流体动力学模型描述。在低温和高密度下，模型和观测结果之间的差异可能是由于电子的强耦合。
2000-06-09 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Measurement and simulation of laser-induced fluorescence from non-equilibrium ultracold neutral plasmas
我们报道了超冷中性等离子体中激光诱导荧光的新测量和模拟。我们专注于最早的时候，当等离子体平衡正在发展和等离子体膨胀之前。在模拟中，离子通过Yukawa势相互作用在一个小细胞与包裹的边界条件。我们解决的光学布洛赫方程为每个离子在模拟作为时间的函数。模拟和实验都显示了初始布洛赫矢量旋转，无序引起的加热，和相干振荡的均方根离子速度。荧光信号的详细建模使得有可能使用荧光光谱探测超冷和强耦合等离子体中的离子动力学。
2009-06-25 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Using Absorption Imaging to Study Ion Dynamics in an Ultracold Neutral Plasma
本文报道了超冷中性等离子体的光学吸收成像，利用光学吸收成像测量了离子的吸收谱，该谱是多普勒展宽的。通过光谱宽度，我们监测离子平衡后的第一个250纳秒等离子体形成。平衡使离子处于弱耦合气态和强耦合液态之间的边界上。在一个较长的时间尺度上的微秒，我们观察到径向加速的离子所产生的压力被困的电子气。
2003-10-02 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Evolution of Ultracold, Neutral Plasmas
我们提出了第一个大规模的模拟超冷，中性等离子体，产生的激光冷却氙原子的光电离，从创建到初始膨胀，使用经典的分子动力学方法与开放的边界条件。我们再现了许多实验结果，如电子的捕获效率与离子数的增加，最低电子温度达到接近光电离阈值，并重组成Rydberg态的非常低的主量子数。此外，这些效应中的许多在等离子体演化的很早阶段（$\sim$ ns）就在目前的实验观测开始之前建立起来。
2001-11-17 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Kinetic modelling and molecular dynamics simulation of ultracold neutral plasmas including ionic correlations
详细描述了超冷中性等离子体演化的动力学方法，包括电子关联和速率方程对电离/激发和复合/去激发的处理。为了评估动力学模型中固有的近似的可靠性，我们开发了一种混合分子动力学方法。结果的比较表明，动力学模型描述的超冷等离子体的原子和离子的观测值令人惊讶的好，证实了我们早期的发现有关的作用，离子-离子的相关性[物理修订A { \bf 68}，010703]。此外，分子动力学方法允许人们研究离子等离子体组分向热力学平衡的弛豫。
2004-05-24 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Creation of an Ultracold Neutral Plasma
我们报道了激光冷却氙原子的光电离产生超冷中性等离子体。载流子密度高达2 x 10^9 cm^-3，电子和离子的温度分别低至100 mK和10 uK。当德拜屏蔽长度变得小于样品尺寸时，正离子云捕获电子的等离子体行为是明显的。我们产生等离子体的参数，使电子和离子都强耦合。
2000-05-16 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Absorption Imaging and Spectroscopy of Ultracold Neutral Plasmas
吸收成像和光谱学可以在超冷中性等离子体产生后的最初几微秒内探测其动力学。然而，数据的定量分析由于不均匀的密度分布、等离子体的膨胀以及离子可能缺乏全局热平衡而变得复杂。在本文中，我们描述了解决这些问题的方法。使用简单的假设的基本温度分布和离子运动，多普勒展宽的吸收光谱从等离子体图像可以相关的等离子体中的平均温度。
2004-07-27 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Magnetic Confinement of an Ultracold Neutral Plasma
我们证明了磁约束的超冷中性等离子体（UCNP）在零的双锥尖，或四极磁场。最初，UCNP由于电子热压力而膨胀。当等离子体遇到更强的场时，膨胀减慢，密度分布随场而变化。UCNP电子在大部分等离子体上被强烈磁化，而离子磁化仅在边界处显著。观察表明，电子和离子主要被捕获的磁镜和双极电场分别。限制时间接近0.5毫秒，而非磁化等离子体在几十微秒的时间尺度上消散。
2020-10-30 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Strong-coupling effects in the relaxation dynamics of ultracold neutral plasmas
我们描述了一种混合分子动力学方法的描述超冷中性等离子体，绝热处理的电子气和一个完整的分子动力学模拟的离子，这使我们能够遵循的等离子体的长期演变，包括强耦合离子运动的影响的基础上。等离子体显示出相当复杂的弛豫行为，与离子温度的时间和空间振荡有关。此外，在等离子体演化过程中对离子进行额外的激光冷却会极大地改变膨胀动力学，使得离子组分的结晶可以在该非平衡系统中发生，从而导致晶格状结构或甚至长程序，从而导致同心壳。
2005-03-01 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Simulations of an ultracold, neutral plasma with equal masses
本文报道了由等质量正、负电荷组成的超冷中性等离子体的理论研究结果。在我们的模拟中，等离子体是由中性粒子的快速解离产生的。等离子体的温度由离解的相对能量控制。我们研究了这个系统的初始能量被调谐，使等离子体形成在强耦合制度的早期时间演化。特别是，我们目前的温度演化和三体复合的结果。在弱耦合区，我们研究了膨胀等离子体如何热化以及离子间散射如何影响膨胀。由于膨胀导致密度下降，因此速度分布仅在有限时间内演变，最终分布取决于粒子的数量和等离子体的初始温度。
2014-08-21 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Influence of electron-ion collisions on Coulomb crystallization of ultracold neutral plasmas
虽然由弹性电子-离子碰撞的离子加热可以被忽略用于描述自由膨胀的超冷中性等离子体的演化，但是在系统演化期间离子被激光冷却的情况下，情况是不同的。我们表明，在激光冷却等离子体中的电子-离子碰撞影响离子温度，降低了在这样的系统中可获得的相关程度。然而，考虑到碰撞增加的离子温度远低于基于忽略等离子体膨胀的静态等离子体云估计的温度。后者导致绝热冷却的离子，以及更重要的是，碰撞加热速率的快速下降。
2004-10-02 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Hollow Beam Optical Ponderomotive Trap for Ultracold Neutral Plasma
Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院高温联合研究所）
本文提出利用高功率CO₂激光驱动的空心光束电动力陷阱，通过分子动力学模拟展示其有效捕获超冷中性等离子体和瑞利德伯原子，且碰撞吸收可忽略，有助于提升反物质生产与储存。
2026-02-16 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Measurements of the ion velocity distribution in an ultracold neutral plasma derived from a cold, dense Rydberg gas
我们报告的离子速度分布的测量超冷中性等离子体来自一个密集的，冷里德伯气体在MOT。里德伯原子的激发使用共振两步激发路径与激光的持续时间为4 ns。血浆自发迅速形成。通过测量离子的激光诱导荧光（LIF）来确定离子速度分布的均方根宽度。所测得的激发效率进行了比较与蒙特卡罗波函数计算，并观察到显着的差异。我们讨论了封锁里德伯激发的条件以及随后的里德伯原子畴的空间有序性。虽然封锁的相互作用是大于拉比频率的原子样品的部分，没有证据的空间秩序观察。
2016-01-27 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Relaxation to non-equilibrium in expanding ultracold neutral plasmas
我们调查的强相关离子动力学和耦合程度实现的自由膨胀超冷中性等离子体的演变。我们表明，离子库仑耦合参数$Γ_{\rm i}$在膨胀的后期阶段显着增加，达到强耦合制度，尽管众所周知的初始下降的$Γ_{\rm i}$，为了统一由于无序诱导加热。此外，我们制定了一个合适的措施的相关性和显示th在$Γ_{\rm i}$计算的离子温度和密度反映了系统的有序程度，如果它是足够接近准稳态。然而，在稍后的时间，等离子体云的膨胀变得比相关性的弛豫更快，并且系统不再达到热力学平衡。
2005-03-01 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Wave Steepening and Shock Formation in Ultracold Neutral Plasmas
本研究观测了初始中心峰值指数衰减密度分布的超冷中性等离子体膨胀中的波陡化与激波特征，发现陡化前沿两侧密度速度剧变、离子显著加热，相对速度略超声速，证实可通过调控密度梯度创造近激波条件，开辟了该领域新研究方向。
2024-09-17 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Microwave Diagnostics of Ultracold Neutral Plasma
提出了一种利用微波辐射诊断超冷中性等离子体的方法。计算了超冷中性等离子体的微波散射。得到了简单的计算公式，并指出当$ω\ggω_{pe0}$时，超冷中性等离子体的偶极辐射功率不依赖于密度分布$n_e(r)$和$ω$，而依赖于总电子数$N_e$。该方法提供了等离子体的$N_e$信息，并由此得到了等离子体的三体复合率，这在超冷中性等离子体的研究中是非常重要的。
2010-04-13 physics.atm-clus physics.plasm-ph
Pulse length of ultracold electron bunches extracted from a laser cooled gas
本文测量了激光冷却气体近阈值双光子光电离产生的超冷电子聚束的脉冲长度。用TM $_{110}$模式的共振$3$ GHz偏转腔测量了脉冲长度。我们测量了三个电离区的脉冲长度。第一种是仅使用$480$ nm飞秒激光脉冲的直接双光子光电离，其导致短（$\sim 15$ ps）但热（$\sim 10^{4}$ K）的电子聚束。第二种机制是采用连续波$780$ nm激发激光器和可调谐$480$ nm飞秒电离激光器的组合的刚好高于阈值的飞秒光电离，其导致超冷（$\sim 10$ K）和超快（$\sim 25$ ps）电子聚束。这些脉冲通常包含$\sim 10^{3}$电子，并具有$1.5\pm0.1$ nm $\cdot$ rad的rms归一化横向束发射度。如预期的那样，测量的脉冲长度受到与电离体积的纵向尺寸相关联的能量扩展的限制。第三种机制是刚好低于阈值的电离，它产生在微秒时间尺度上缓慢振荡的里德伯态。
2017-02-27 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.plasm-ph
Ultracold Plasma Expansion as a Function of Charge Neutrality
超冷等离子体（UCP）是在接近但不完全中性的条件下产生的。在零电子温度的限制下，电子屏蔽导致非中性，表现为UCP的内部区域（电子和离子）和外部区域（主要由离子组成）。内部区域是双组分超冷等离子体物理最具科学意义的区域。本文提出了一个计算非中性UCP随时间演化的理论模型。尽管德拜屏蔽长度远小于特征等离子体的空间尺寸，模型计算预测，膨胀率和电子温度的UCP内部是敏感的中性的UCP。预测的UCP对中性的依赖关系的几个UCP属性，如电子温度的正确测量，并在UCP中的电子蒸发冷却的正确理解的影响。
2014-09-26 physics.plasm-ph
The role of collisions and strong coupling in ultracold plasmas
超冷等离子体是由电离阈值附近的冷原子和分子的光激发云形成的。他们探索了等离子体物理的一个新领域，并显示出强耦合效应，其特征是库仑能与动能之比大于1。许多类型的碰撞在这些系统的产生、平衡和扩展中起着作用。
2012-01-03 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Neutral Plasma Oscillations at Zero Temperature
本文用冷等离子体理论计算了超冷中性等离子体对外加射频场的响应。系统的自由振荡具有连续谱和相应的阻尼准模。我们表明，这种准模式占主导地位的驱动响应。我们使用这个模型来模拟等离子体振荡在一个不断扩大的超冷中性等离子体，提供洞察的假设用于解释实验数据[物理评论快报。85，318（2000）]。
2002-04-29 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Imaging the evolution of an ultracold strontium Rydberg gas
用激光冷却的5s 2 1 S 0原子双光子激发产生超冷锶原子5s 48 s 1 S 0或5s 47 d 1D 2里德伯原子云。低轨道角动量（低-l）里德堡态云的自发演化向超冷中性等离子体观察到的成像共振光散射从核心离子，一种技术，提供了空间和时间分辨率。演化被观察到是更快的S-状态，显示各向同性的吸引力的相互作用，比D-状态，表现出各向异性，主要是排斥的相互作用。将原子浸没在稀释的超冷中性等离子体中加速了演化，并允许确定最初产生的里德伯原子的数量。
2012-11-14 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Ultracold Neutral Plasmas
超冷中性等离子体，由接近电离阈值的光电离激光冷却原子形成，具有1-1000开尔文范围内的电子温度和几十毫开尔文到几开尔文的离子温度。它们代表了中性等离子体研究的一个新前沿，传统上中性等离子体研究的是更热的系统，但它们也模糊了等离子体、原子、凝聚态和低温物理学的界限。模拟这些等离子体挑战计算技术和非平衡系统的理论，因此该领域引起了理论和计算物理界的极大兴趣。通过改变激光强度和波长，可以精确地设置初始等离子体密度和能量，带电粒子检测和光学诊断可以进行精确的测量，以便与理论预测进行比较。最近使用光学探针的实验表明，等离子体中的离子在强耦合的流体相中平衡。强耦合等离子体，其中带电粒子之间的电相互作用能超过平均动能，扭转了传统的能量层次的基本等离子体概念，如德拜屏蔽和流体力学。这一领域的平衡特别令人感兴趣，因为它涉及粒子之间空间相关性的建立，并与气体巨行星和惯性约束聚变装置内部的物理学有关。
2006-12-11 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Suppressing electron disorder-induced heating of ultracold neutral plasma via optical lattice
本文提出利用三维光晶格抑制超冷中性等离子体中的电子无序诱导加热，通过经典分子动力学模拟，使DIH抑制1.3倍、库仑耦合强度达0.8，接近强耦合区，为电子强耦合等离子体研究开辟新途径。
2023-08-31 physics.plasm-ph
Reduction of electron heating by magnetizing ultracold neutral plasma
采用经典分子动力学模拟，模拟了外加磁场作用下超冷中性等离子体中的电子加热。一个足够强的磁场被发现，以减少无序诱导加热和三体复合加热的电子约束电子运动，因此加热，与磁场对齐的单一维度。一个强大的和持久的温度各向异性的发展，和整体动力学电子温度有效地降低了三分之一。这些结果表明，实验可能会增加有效的电子耦合强度，使用外加磁场。
2017-11-15 physics.plasm-ph
Plasma formation from ultracold Rydberg gases
最近的实验已经证明了超冷里德伯原子气体自发演化为膨胀的超冷等离子体，以及等离子体重组为高激发原子态的逆过程。处理的等离子体的演化的动力学方程的基础上，而电离/激发和重组被纳入使用速率方程，我们从理论上研究了里德伯等离子体过渡。近似地考虑了空间关联对等离子体动力学的影响，我们发现离子关联对结果的影响只是定量的，而不是定性的。
2003-03-12 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Electronic resonances in expanding non-neutral ultracold plasma
本文计算了非均匀非中性超冷等离子体的自然振荡谱，发现电子摩擦导致离散本征振荡，并给出共振频率对电荷不平衡和膨胀时间的依赖，与实验吻合。
2023-12-22 physics.plasm-ph
Emergence of Kinetic Behavior in Streaming Ultracold Neutral Plasmas
我们通过调整产生等离子体的光致电离激光束来产生流动的超冷中性等离子体。通过改变电子温度，我们控制的相对速度的流动人口，并结合等离子体密度的变化，这控制离子碰撞流的碰撞性。激光诱导荧光被用来映射空间分辨的密度和速度分布函数的离子。我们将局部热平衡的缺乏和相互渗透、逆流离子的不同群体确定为动力学行为的特征。实验数据进行了比较，从一个一维，两种流体的数值模拟的结果。
2015-01-24 physics.plasm-ph
Ion Temperature Evolution in an Ultracold Neutral Plasma
我们使用空间分辨的激光诱导荧光光谱研究了膨胀超冷中性等离子体中离子温度的长期演化。绝热冷却在等离子体膨胀期间将离子温度降低一个数量级，至低至0.2K的温度。冷却受到离子和更热的电子之间的热交换的限制。我们还提出了一个额外的加热机制的证据，并讨论了可能的来源。数据描述的等离子体演化的模型，包括离子-电子热交换的影响。我们表明，适当的初始条件下，在膨胀过程中的等离子体中的离子的库仑耦合的程度增加。
2015-01-27 physics.plasm-ph
Expansion of Ultracold Neutral Plasmas with Exponentially Decaying Density Distributions
我们提出了一个超冷中性等离子体（UCNP）的初始密度分布，在空间中呈指数衰减的膨胀的研究，光致电离原子后不久，他们从四极（或双锥尖）磁阱释放。一个特征的离子声时标是明显的等离子体的大小和速度的演变，表明动态合理地描述了准中性等离子体的流体动力学膨胀的模型。然而，对于低等离子体密度和高初始电子温度，在中心密度峰值附近的过量离子动能表明在早期的显着的局部非中性。观测结果进行了比较，一个UCNP与初始高斯密度分布的自相似膨胀，和一个类似的标度律描述了这两种情况下的等离子体尺寸的演变。
2020-12-29 physics.plasm-ph
Electron trapping in freely expanding ultracold neutral plasmas
我们报告的自感电子捕获发生在一个超冷的中性等离子体，设置为自由膨胀。在等离子体的早期阶段，离子没有被热化，遵循高斯空间分布，为最冷的电子提供捕获。在目前的工作中，我们提供了一个理论模型描述的静电势和进行分子动力学模拟，以验证我们的研究结果。我们表明，在强约束制度，等离子体的潜力是一个Escheras-Fermi型，类似的情况下，重原子物种。粒子的数值模拟空间分布证实了这一说法。我们还从模拟中提取了电子温度和耦合参数，从而得到了瞬态的电子温度-费米能级的持续时间。
2018-04-19 physics.plasm-ph
Using Three-Body Recombination to Extract Electron Temperatures of Ultracold Plasmas
三体复合是等离子体中一个重要的碰撞过程，在电子温度较低时会急剧增加，其可接受的标度为T_e^-9/2。我们测量三体复合在超冷中性氙等离子体中通过检测复合产生的里德伯原子使用微波电离技术。与公认的理论（预计将适用于弱耦合等离子体）和我们测得的速率，我们提取的等离子体温度，这是在合理的协议与以前的测量早期的等离子体寿命。由此产生的电子温度表明等离子体继续冷却到低于1 K的温度。
2007-06-18 physics.atom-ph physics.plasm-ph
A scalable theoretical mean-field model for the electron component of an ultracold neutral plasma
采用自洽确定的平均场近似，基于可扩展的方法对超冷中性等离子体（UCP）的电子分量进行了建模。UCP内的离散电子的代表性采样用于将电子空间分布投影到正交基函数的展开上。采用作用于样品电子的碰撞算子以驱动分布朝向热平衡。这些平衡分布可以确定为非零的电子温度，即使在存在球形的破环施加的电场。这对于预测关键的宏观UCP参数是有用的，例如电子限制势的深度。非均匀密度分布的UCP中的电子振荡等动力学也可以用这个模型来处理。
2015-10-20 physics.plasm-ph
Evolution of Shielding Cloud Under Oscillatory External Forcing in Strongly Coupled Ultracold Neutral Plasma
本文使用LAMMPS软件进行MD模拟，研究了超冷中性等离子体在振荡外力下的晶体团簇动力学演化，发现了团簇动力学的有趣现象并报道了粒子五边形排列的形成。
2024-04-23 physics.plasm-ph
On the Nature of Subharmonics of the Electron Emission from Ultracold Plasmas
针对超冷等离子体电子发射次谐波现象，提出基于次级里德堡原子准经典多光子电离的解释，替代早期Tonks-Dattner共振观点，解决其边界条件、电子温度依赖等问题。
2025-04-17 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Ultracold Neutral Plasmas
超冷中性等离子体是由激光冷却的原子在电离阈值附近光致电离而形成的。通过应用原子物理学技术和诊断，这些实验扩展了传统中性等离子体物理的边界。这些等离子体中的电子温度范围为1-1000 K，离子温度约为1 K。密度可接近$10^{11}$ cm $^{-3}$。基本的兴趣源于产生强耦合等离子体的可能性，但这些系统中的复合，集体模式和热化也已被研究。锶等离子体的光学吸收图像，使用在422 nm处的Sr $^+$ ${^2S\_{1/2}} -> {^2P\_{1/2}}$跃迁，描绘了等离子体的密度分布，并在50 ns的时间尺度上探测动力学。多普勒展宽的离子吸收谱测量离子速度分布，这给出了在光电离后的第一微秒内的离子动力学的精确测量。
2005-02-17 physics.plasm-ph
Thermodynamic State Variables in Quasi-Equilibrium Ultracold Neutral Plasma
利用经典分子动力学模拟计算了准平衡态超冷等离子体的压强和内能。库仑崩溃是避免模拟电子-离子相互作用，使用一个有吸引力的库仑势与排斥核心。我们提出了一种方法来分离的经典束缚态，这是由于重组形成的贡献，从自由电荷的贡献时，评估这些热力学状态变量。结果发现，当排斥核长度尺度足够短时，自由电荷的贡献与排斥核长度尺度的选择无关。与自由电荷的分压被发现密切遵循的单组分等离子体模型，在强耦合达到负值，而系统的总压力保持为正。这个赝势模型也适用于德拜-休克尔理论来描述弱耦合制度。
2016-11-04 physics.plasm-ph
Possible many-body localization in a long-lived finite-temperature ultracold quasi-neutral molecular plasma
我们认为，淬火超冷等离子体提供了一个实验平台，研究量子多体物理的无序系统在长时间和有限的能量密度限制。我们考虑一个实验，淬灭等离子体的一氧化氮的超冷系统的里德伯分子，离子和电子，表现出一个长寿命的状态逮捕松弛。这种状态的定性特征不符合经典模型。在这里，我们开发了一个微观量子描述逮捕阶段的基础上有效的多体自旋哈密顿量，包括偶极-偶极和范德华相互作用。这个有效的模型似乎提供了一种方法来设想这个系统的基本量子无序非平衡物理。
2018-02-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Comment on "Observation of Collective Modes of Ultracold Plasmas"
我们讨论了弗莱彻，张，罗尔斯顿[PRL，96，105003（2006）]，谁揭示了一些次谐波的电子发射下的超冷等离子体的自由膨胀云的外部照射下的实验的理论解释。这些次谐波作为等离子体振荡的驻波（所谓的Tonks-Dattner共振）的原始解释遇到了一些问题，如缺乏足够的边界条件和不正确的依赖于等离子体温度和中性程度。本评论的目的是提到，一个更有希望的解释可能是基于在等离子体云膨胀和冷却过程中形成的次级里德伯原子的电离效率的峰值。Maeda和Gallagher的独立实验充分支持了最后提到的峰的存在[PRL，93，193002（2004）]。
2009-06-28 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Creating Non-Maxwellian Velocity Distributions in Ultracold Plasmas
我们提出的技术，扰动，测量和模拟的离子速度分布在超冷中性等离子体产生的锶原子的光电离。通过圆偏振光的光泵浦，我们将具有一定速度的离子提升到不同的自旋基态，并通过激光诱导荧光光谱探测由此产生的扰动速度分布。我们讨论了从我们测量的光谱中提取速度分布的各种方法，并通过与分子动力学模拟的比较来评估它们的质量
2011-12-14 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Electronic detection of collective modes of an ultracold plasma
使用一种新的技术，直接检测附近的电极上感应的电流，我们测量等离子体振荡超冷等离子体，这是由不均匀和随时间变化的密度和变化的中性的影响。电子检测避免了与以前的测量相关的加热和蒸发动力学，并允许我们测试等离子体中性的重要性。我们应用直流和脉冲电场来控制电子损失率，并发现等离子体的电荷不平衡对谐振频率有显著影响，与最近的预测非常吻合，表明耦合到边缘模式。
2012-02-08 physics.plasm-ph
Experimental Tests of Radio-Frequency Heating Saturation in Ultracold Neutral Plasmas
Colorado State University（科罗拉多州立大学）
通过测量不同幅度和持续时间的射频脉冲对电子加热的影响，实验测试了超冷中性等离子体中射频加热的饱和现象，发现当振荡速度接近热速度时未观察到饱和，并比较了线性响应理论和二元碰撞理论。
2026-06-01 physics.plasm-ph
Ionization induced plasma grating and its applications in strong-field ionization measurements
利用两束相互交叉的超短激光脉冲的干涉作用，使气体在空间上选择性电离，从而形成电离诱导等离子体光栅。等离子体光栅的密度调制可以接近统一，因为等离子体仅在两个脉冲相长干涉的地方产生，并且在相消干涉区域中不发生电离。一旦满足布拉格条件，这种大的密度调制导致第二超短探测脉冲的有效汤姆逊散射。通过测量散射效率，可以确定等离子体光栅中的绝对电子密度，从而推导出给定中性气体密度的电离度。在本文中，我们证明了这一概念的有用性，显示两个应用：电离度测量强场电离的原子和分子和极低密度气体射流的表征。前者的应用是特别感兴趣的稠密气体中的电离物理研究的电离电子与邻近的中性粒子的碰撞可能变得重要，有时被称为多体电离，后者是有用的等离子体为基础的加速，需要极低密度等离子体。
2021-06-03 physics.atom-ph physics.plasm-ph
The Effect of Magnetization on Electron Heating in Low-Density Ultracold Neutral Plasmas
Colorado State University（科罗拉多州立大学）
通过实验模拟，研究强磁化中等耦合等离子体早期电子加热，发现无序诱导加热主导电子温度，并确定了最低电子温度与磁化及初始能量的关系。
2026-07-01 physics.plasm-ph
Ionization rate vs. laser intensity determined from ion count vs. peak intensity due to neutral gas exposure to an 800 nm ultrashort pulsed laser
Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）
该研究通过数值反演飞行时间离子光谱仪数据，确定Ar、O₂和N₂的光学周期平均电离率与激光强度关系，重新校准相关参数，得出O₂结果与已发表数据重新评估一致的结论。
2026-09-15 physics.atom-ph physics.optics physics.plasm-ph
Density-Dependent Response of an Ultracold Plasma to Few-Cycle Radio-Frequency Pulses
超冷中性等离子体对所施加的射频（RF）场表现出密度依赖的共振响应，其频率范围为几MHz至数百MHz，以实现密度。我们已经进行了测量，其中短脉冲的RF施加到这些等离子体，脉冲持续时间短至两个周期。我们仍然观察到对这些短脉冲的密度依赖性共振响应。然而，响应的过快时间尺度、响应对驱动场的符号的依赖性、随着脉冲数量增加的响应以及等离子体对径向和轴向施加的RF场的响应的差异与等离子体响应是由于等离子体中的电子的局部共振加热而不一致的。相反，我们的结果是一致的快速能量转移从集体运动的整个电子云的电子在高能轨道。除了提供一个潜在的更强大的方法来测量超冷中性等离子体密度，这些测量表明集体运动在这些系统中的能量传输的重要性。
2012-12-06 physics.plasm-ph
Strong Coulomb Coupling Influences Ion and Neutral Temperatures in Atmospheric Pressure Plasmas
利用分子动力学模拟模拟了大气压下部分电离等离子体中离子和中性粒子在不同电离率下的温度演化。结果表明，在电离分数低至10^-5时，离子-离子相互作用是强耦合的，温度演化受到与强耦合相关的效应的影响。具体而言，无序诱导加热被发现快速加热离子的离子等离子体周期（约10秒PS）的时间尺度上的电离脉冲后。随后是离子和中性粒子的碰撞弛豫，在较长的时间尺度（~ns）上冷却离子并加热中性粒子。由于离子中性的三体复合，轻微的加热会在更长的时间（~ 100 s ns）内发生。温度演变的分析模型的开发，同意模拟结果。结果表明，强耦合效应在大气压等离子体中是重要的。
2022-07-22 physics.plasm-ph
Evaluation of Charged Particle Evaporation Expressions in Ultracold Plasmas
在低密度超冷等离子体中，电子蒸发对电子温度的演化和膨胀率起着重要的作用。此外，蒸发是有用的作为一个潜在的工具，用于获得较冷的电子温度和等离子体参数的特征。蒸发理论已发展为原子气体，并已应用于一个单组分等离子体系统。我们数值研究这种适应的理论是否适用于超冷中性等离子体。我们发现，这不是由于违反了模型的基本假设。我们的计算的细节，以及讨论的影响，一个简单的描述在超冷等离子体中的电子蒸发速率。
2017-03-24 physics.plasm-ph
Ionization enhanced ion collection by a small floating grain in plasmas
结果表明，在小颗粒附近的电离事件可以增加其表面的离子通量。在这方面，电子碰撞电离的效果是完全类似的离子中性共振电荷交换碰撞。这两个过程都产生了慢离子，这些慢离子无法克服谷物的电吸引力，最终落在谷物表面。电离和离子-中性碰撞的相对重要性大致由相应频率的比率给出。我们已经评估了这个比例的氖和氩等离子体，以证明电离增强的离子收集确实可以是一个重要的因素，在现实的实验条件下影响粮食收费。
2011-12-01 physics.plasm-ph
Monoenergetic acceleration of charge-neutralized ion bunches to GeV-scale energies by the combination of a high-current electron beam and an ionization front
Cornell University（康奈尔大学）；Cornell Laboratory for Plasma Studies（康奈尔等离子体研究实验室）
本文提出对向电离前沿加速（CFA）机制，结合强流相对论电子束与电离前沿，可在数米距离内以超250 MeV/m梯度加速微库仑级离子，为紧凑型重离子加速器研发提供新途径。
2026-08-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Control of molecular ultracold plasma relaxation dynamics by mm-wave Rydberg-Rydberg transitions
共振毫米波场驱动$n_0f(2) \rightarrow (n_0 \pm 1)g(2)$转换在一个国家选择$n_0f(2)$里德堡气体的NO。这种转变产生了一个明确的签名在选定的场电离光谱和显着增加的强度在紫外-紫外双共振跃迁中观察到的$n_0f(2)$里德堡系列通过$A ~^2Σ^+, ~N'=0$状态的光谱中的相应功能。这里，$n_0$是指收敛到NO $^+ X~ ^1Σ^+$的$N^+=2$旋转态的$f$里德堡态的主量子数。由于从$\ell=3$（$f$）到$\ell=4$（$g$）的跃迁的增强出现在由里德堡分子的场电离在早期检测到的电子信号和40 s后的$μ$作为处于停滞弛豫状态的等离子体的晚峰信号中。类似的稳定和增强的强度也发生在较短寿命的插入复合共振，$44p(0) - 43d(1)$和$43p(0) - 42d(1)$。我们从这些观察得出结论，雪崩本身并不能保证逮捕松弛等离子体状态。相反，一个逮捕阶段的形成需要雪崩产生的NO $^+$离子和一个持久的人口长寿命的里德伯分子。
2019-08-20 physics.chem-ph physics.plasm-ph
On the formation and decay of a molecular ultracold plasma
在分子束中，一氧化氮的双共振光激发产生了一个密集的$50f(2)$里德堡态系综，它演化形成了一个自由电子的等离子体，这些电子被困在NO $^+$空间电荷的势阱中。等离子体以分子束的速度行进，并且在通过接地网格时，产生电子飞行时间信号，该信号测量等离子体的大小和捕获电子的数量。这种等离子体膨胀的速度与电子温度低至5 K相匹配，通常观察到原子超冷等离子体的温度更低。分子NO $^+$阳离子与电子的重组形成了由NO化学键的能量的两倍以上激发的中性分子，并且产生了中性碎裂是否在形成能量和粒子密度的重新分布中起作用的问题，所述能量和粒子密度的重新分布指导从里德堡气体到等离子体的短时间演化。为了探讨这个问题，我们采用了一个耦合速率方程模型建立的原子超冷等离子体来描述我们的系统中的电子-里德伯和电子-离子碰撞的能量粒度雪崩。在原子模型中加入里德伯预解离和两体电子-阳离子解离复合的通道，研究了这种弛豫在里德伯态、自由电子和中性碎片上分布粒子密度和能量的动力学。这项调查的结果表明，分子碎片通道可以影响等离子体的状态的一些机制。
2011-02-28 physics.chem-ph physics.plasm-ph
Electron Temperature Relaxation in the Clusterized Ultracold Plasmas
超冷等离子体是强耦合库仑系统的一个很有前途的候选者。不幸的是，由于电子的相当大的本征加热，中性原子光电离后实际获得的耦合参数γ_e值仍然相对较小。一个可行的方法是利用超冷里德伯气体的自发电离来克服这一障碍，这种自发电离的初始动能可以小得多，但是自发雪崩电离会导致离子的不均匀分布（团簇化），从而大大改变团簇附近电子弛豫的效率。在目前的工作中，这一假设是由一组广泛的数值模拟测试。结果发现，尽管初始动能较小，但在团簇化等离子体中电子速度的随后弛豫比在横向均匀离子分布的情况下进行得更剧烈。电子温度，首先，经历了一个急剧的初始跳跃（大概是由带电粒子能量的“维里化”引起的），其次，表现出一个逐渐的后续增加（大概是与离子簇中电子的多粒子重组有关）。作为一种可能的工具，以减少异常的温度升高，我们也认为是一个两步等离子体的形成，涉及封锁的里德伯态。由于离子的准规则分布，这导致了对簇化的抑制。在这种情况下，根据数值模拟，电子温度的后续演变进行得更温和，近似具有与垂直均匀离子分布相同的速率。
2022-09-16 physics.comp-ph physics.plasm-ph
