Quantum Kinetic Modeling of KEEN waves in a Warm-Dense Regime
Michigan State University（密歇根州立大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文通过量子动力学方法研究KEEN波，揭示量子衍射对经典捕获机制的影响，以及在暖密态中电子行为的变化，为惯性约束聚变设计提供新视角。
2025-10-27 physics.plasm-ph
A Kinetic Model for Electron-Ion Transport in Warm Dense Matter
我们提出了一个模型的电子-离子输运在温暖的致密物质，通过使用平均力的统计势，将库仑耦合效应到量子玻尔兹曼方程的Uehling和Uhlenbeck。虽然这个模型是在经典极限下严格推导出来的[S.D. Baalrud and J. Daligault，Physics of Plasmas 26，8，082106（2019）]，它的量子推广被不确定原理复杂化。在这里，我们应用一个现有的模型的基础上的量子Ornstein-Zernike方程耦合平均原子模型的平均力的潜力[C。E. Starrett，High能量密度物理学25，8（2017）]。这个潜在的包含由于库仑耦合和交换的相关性，和碰撞内核的动力学理论强制泡利阻塞，同时允许电子衍射和大角度碰撞。通过求解电子-离子弛豫速率的Uehling-Uhlenbeck方程，预测了基于电子-离子碰撞的固体密度铝等离子体的动量弛豫时间、温度弛豫时间和电导率。我们提出的结果，跨越从经典的弱耦合等离子体的退化中度耦合等离子体的过渡的密度和温度条件。我们的研究结果与最近的量子分子动力学模拟相一致。
2021-02-09 physics.plasm-ph
Quantum Mean-Force Kinetic Theory: General Formulation and Application to Electron-Ion Transport in Warm Dense Matter
我们提出了一种方法来扩展等离子体输运理论到温暖的致密物质（WDM）制度的特点是适度的库仑耦合和电子简并。它是基于最近提出的BBGKY层次结构的封闭性，该层次结构在相关性偏离其均衡值方面进行扩展，而不是在相关性的强度方面。该动力学方程包含对碰撞项的修改，以及对状态方程的非理想贡献进行建模的第二项。一个明确的碰撞算子是在半经典的限制，这是类似于Uehling-Uhlenbeck方程，但散射介导的潜在的平均力（PMF）。作为示范，我们使用这个碰撞积分来评估在稠密等离子体中的温度和动量弛豫率。我们得到的退化和耦合依赖的“库仑积分”，取代$\lnΛ$的散射率。我们还发现了一个新的差异的方式，简并影响动量松弛温度松弛相比。最后，我们评估的情况下，温暖的密度和温度的范围内的致密氘跨越经典的量子和弱到强耦合过渡的电子-离子弛豫速率。计算结果与Landau-Spitzer速率以及量子Landau-Fokker-Planck方程和Lee-More模型的计算结果进行了比较。我们发现，该模型分歧显着的退化和适度耦合制度，并将这种差异归因于各种模型如何处理物理的泡利阻塞，相关性，大角度散射和衍射。
2020-01-30 physics.plasm-ph
Theory of warm ionized gases: equation of state and kinetic Schottky anomaly
基于精确的Lennard-Jones型相互作用势，我们推导出一组封闭的状态方程来描述存在电离过程的热原子气体。比热预测表现出对应于单次和多次电离的峰值。这种动力学模拟在原子气体中的肖特基异常在固体中增强在中等和低原子密度。详细分析了惰性气体绝热压缩的情况，并讨论了其对声致发光的影响。特别是，预测的等离子体电子密度在声致发光气泡原来是在最近的实验中测得的值很好的协议。
2013-10-22 cond-mat.other physics.plasm-ph
Collisional stopping power of ions in warm dense matter
University of Michigan（密歇根大学）；Sandia National Laboratory（桑迪亚国家实验室）；University of Rochester（罗切斯特大学）
基于等离子体动理论，结合费米简并效应和平均原子模型中的强库仑关联，发展了离子在温稠密物质中碰撞阻止本领的模型，并验证了其准确性。
2025-11-11 physics.plasm-ph
Microscopic structure of electromagnetic whistler wave damping by kinetic mechanisms in hot magnetized Vlasov plasmas
利用电磁场（EM）Vlasov方法模拟了磁化热电子等离子体中低频横向扰动平行于磁场传播的动力学阻尼机制。电子磁流体哨声扰动的短时间尺度阻尼和有限电子温度对其实际频率的影响的基本物理恢复，而确定性，并进行了分析。阻尼产生于全球（占主导地位的整个相空间）和更熟悉的共振电子特定的动力学阻尼机制之间的相互作用，这两种机制都保持熵，但通过在温暖的电子平衡分布的初始相干有限振幅修改上留下它们的特征签名而明显地操作。净阻尼的结果从一个确定性热化，或相位混合过程，在很大程度上补充了在较短的时间尺度，相关的短暂的湍流电磁波动的电子的共振加速。提出了一个初始横向电磁扰动的动力学模型，并将其应用于模拟哨声波相位混合过程的签名。
2022-10-25 physics.plasm-ph
Benchmarking magnetized three-wave coupling for laser backscattering: Analytic solutions and kinetic simulations
了解磁化激光-等离子体相互作用对于控制磁惯性聚变实验和发展磁辅助辐射和粒子源具有重要意义。在长脉冲状态下，相互作用主要是由相干三波相互作用，其非线性耦合系数成为最近才知道当波传播与磁场的斜角。在本文中，后向散射耦合系数预测的热流体理论的基准使用粒子在细胞模拟在一个空间维度上，并发现良好的协议为广泛的等离子体温度，磁场强度，和激光传播角度，当相互作用是由电子主导的混合波介导。通过严格的协议，理论和模拟之间的系统比较成为可能：在理论方面，线性化三波方程的初始边值问题得到解决，瞬态解允许区分增长和阻尼的影响。在模拟方面，仔细选择参数并执行校准运行，以确保模拟运行得到良好控制。将模拟数据拟合到解析解，得到数值增长率，其在误差条内与理论预测相匹配。虽然温流体理论被认为是有效的一个广泛的参数范围内，真正的动力学效应也被观察到。
2022-09-30 physics.plasm-ph
Plasma Waves Accessibility Diagrams: A Tutorial to Include the Fluid and Kinetic Thermal Effects
本文以教程形式系统介绍等离子体波可及性分析方法，重点纳入多流体和动理学热效应，给出数值模型并展示冷等离子体波与伯恩斯坦波间的模式转换。
2021-11-10 physics.plasm-ph
A Landau fluid model for warm collisionless plasmas
本文提出了一个适用于无碰撞电子-质子磁化等离子体的朗道流体模型，它精确地再现了所有磁流体力学波的色散关系和朗道阻尼率。它是基于线性动力学理论，通过在四阶矩水平上精确闭合流体动力学层次来获得的。它保留了非回旋修正的压力和热通量张量的第二阶之间的比率所考虑的频率和离子回旋频率。
2005-09-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
The ion potential in warm dense matter: wake effects due to streaming degenerate electrons
研究了有限温度下稳态流动量子等离子体中经典离子的有效动态屏蔽势。这是一个关键量的热力学和运输的稠密等离子体在温暖的稠密物质制度。这个潜在的已经研究了在流体动力学的方法或基于零温度Lindhard介电函数。在这里，我们扩展的动力学分析，包括有限的温度和碰撞的基础上的Mermin介电函数的影响。由此产生的离子电位表现出有吸引力的最小值（唤醒）的振荡结构，因此，强烈偏离平衡等离子体的静态汤川电位。详细分析了这种潜力的高密度等离子体的Brueckner参数的值在$0.1 \le r_s \le 1$的范围内，等离子体温度和电子流速度的宽范围内。结果表明，尾流效应随着电子温度的升高而减弱。最后，我们得到的最小电子流速度的离子之间的吸引力发生。这个速度比电子的费米速度小。我们的研究结果允许，第一次，在非平衡量子等离子体与快速流动的电子尾流效应的强度的可靠预测表明，这些影响是至关重要的运输下温暖的致密物质的条件下，特别是激光-物质相互作用，电子-离子温度平衡和阻止功率。
2014-12-08 physics.plasm-ph
Amplified short-wavelength light scattered by relativistic electrons in the laser-induced optical lattice
分析了利用两束横向重叠的激光产生的光学波荡器实现XUV/X射线自由电子激光的方案。提出了一种动力学理论描述和一个特别的数值模型来解释电子束在光晶格中的有限能量扩展、角发散和光谱特性。的理论研究结果进行了比较的光谱自由电子激光代码PLARES的一维和三维数值模拟的结果。
2014-12-19 physics.optics physics.plasm-ph
Embedding theory contributions to average atom models for warm dense matter
本文提出将DFT嵌入理论中的非加和动能势引入平均原子模型，以弥补其对相邻原子密度重叠动能效应的忽略，并在氢的暖稠密状态下验证了该方法对电子密度、能级、电离度和总能量的改进效果。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.plasm-ph
Ion kinetic effects and instabilities in the plasma flow in the magnetic mirror
采用准中性混合动力学方法研究了等离子体流中有限离子温度和离子反射对等离子体运动的影响。结果表明，在冷离子极限下，粒子的速度分布与解析理论的预言吻合得很好，该理论预言了由于磁镜的最大磁场而形成的全局加速势，从而导致跨音速离子的速度分布。对于各向同性和各向异性分布的暖离子，也得到了全局跨音速离子速度分布。部分离子反射被观察到由于磁镜的组合效应和随时间变化的波动的电位作为一个结果的波破碎和不稳定性的区域时，流体的解决方案成为多值。尽管有部分反射，通过的离子的流动仍然遵循由磁场轮廓限定的全局加速轮廓。在模拟与反射边界条件模仿等离子体源，并允许捕获和通过离子之间的过渡，跨音速加速解决方案的全球性质被揭示为等离子体排气速度，最终定义在源区等离子体密度的约束。
2022-10-24 physics.plasm-ph
First-Principles Calculation of Principal Hugoniot and K-Shell X-ray Absorption Spectra for Warm Dense KCl
用第一性原理分子动力学方法计算了温密KCl的主Hugoniot和K壳层X射线吸收谱。计算结果说明了电子结构的演化以及第一性原理方法中电离近似描述对压强的影响（由于导带和价带之间的能隙估计不足而引起的）。压力电离和热涂抹是防止压力偏离沿Hugoniot的全球积累的主要因素。此外，电子动能压力和维里压力之间的抵消进一步减小了偏差。X射线吸收谱的计算结果表明，Cl和K的$3p$电子在低能下发生压离后，KCl的带隙仍然存在，这对热致密物质的电子结构演化提供了详细的认识.
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
A two-fluid analysis of waves in a warm ion-electron plasma
根据最近的工作，我们讨论了波在一个温暖的理想的双流体等离子体组成的电子和离子从一个完全一般的，理想的双流体色散关系。等离子体的特征在于五个变量：电子和离子磁化，平方电子和离子声速，和一个参数描述之间的角度传播矢量和磁场。色散关系描述了6对波，我们将其标记为S、A、F、M、O和X。改变角度，有人认为，平行和垂直传播（相对于磁场）表现出独特的行为。这种行为的特征在于波模式的交叉，这在斜角处是被禁止的。我们确定多达6个不同的参数制度，在特殊的平行或垂直方向的确切模式交叉的不同数量可以发生。我们指出如何任何离子电子等离子体有一个临界磁化（或电子回旋频率），在该截止顺序的变化，导致不同的交叉行为。这些都与脉冲星和磁星环境中的奇异等离子体条件有关。我们的讨论与理想相对论MHD完全一致，并且包含光波。此外，利用色散关系的一般性质，相位和群速度图可以计算在任意波长的任何参数制度。最后，我们恢复较早的近似色散关系，专注于低频限制，并与一些选定的动力学理论结果直接对应。
2020-11-12 physics.plasm-ph
Lattice Boltzmann method for warm fluid simulations of plasma wakefield acceleration
本文开发了基于矩匹配的格子玻尔兹曼格式，用于粒子尾场加速过程的暖流体数值模拟，通过对比局部平衡与暖等离子体两种闭合假设，揭示了其动力学差异并验证了方法有效性。
2024-02-16 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Attosecond Control of Relativistic Electron Bunches using Two-Colour Fields
相对论强激光与物质相互作用过程中的能量耦合被编码在预先形成的等离子体-真空边界处的强驱动电子的阿秒运动中。研究和控制这种运动可以揭示微观过程的细节，这些微观过程控制着大量的光-物质相互作用物理学和应用。其中包括处于极端激光等离子体科学前沿的研究领域，如激光驱动离子加速1，明亮的阿秒脉冲产生2，3以及用于产生和研究温暖致密物质的有效能量耦合4。在这里，我们展示了阿秒控制的轨迹形成的相对论电子束团在这种相互作用通过研究极紫外（XUV）谐波辐射的发射。我们描述了如何精确地添加在驱动激光脉冲的第二谐波下操作的第二激光束可以通过修改由基频提供的加速电势来显著地改变相互作用以驱动强相干发射。数值粒子在细胞代码模拟和实验观察表明，这种修改是非常敏感的两个光束的相对相位，并可以导致显着增强所产生的谐波产量。这项工作还表明，控制这些极端的相互作用与阿秒精度的能力是产生超亮，高时间对比度阿秒辐射的原子和分子泵浦探测实验的基本要求5，6。
2016-10-06 physics.plasm-ph
Mixed Stochastic-Deterministic Time-Dependent Density Functional Theory: Application to Stopping Power of Warm Dense Carbon
暖致密物质（WMD）描述了一种介于凝聚态物质和经典等离子体之间的中间相，存在于自然和人造系统中。在实验室环境中，需要动态创建WDM。它通常是激光或脉冲功率产生的，并且很难通过实验来表征。测量由WDM靶引起的高能离子的能量损失对于惯性约束聚变的研究具有重要意义。然而，电子耦合，简并和量子效应限制了容易计算的动力学模型的准确性，而高温使凝聚态物质的传统工具，如时间依赖密度泛函理论（TD-DFT），往往难以处理。我们已经开发了一种混合的随机-确定性的方法TD-DFT，它提供了更有效的计算，同时保持所需的精度模型歧视。最近，这种方法显示出显着的改善相比，模型相比，实验能量损失测量WDM碳。在这里，我们描述了这种方法，并证明了其应用程序的温暖致密碳停止acr
2021-12-02 cond-mat.other hep-th physics.comp-ph
Kinetic energy from the cubic sum rule of the dynamic structure factor
Royal Institute of Technology (KTH)（皇家理工学院）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)（先进系统理解中心）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
首次探索动态结构因子$S(\mathbf{q},ω)$的第三频率矩求和规则作为量子多体系统动能$K$的替代估计量，以均匀电子气为例验证其自洽性并揭示半经典近似的短波长极限问题。
2026-06-29 cond-mat.quant-gas physics.chem-ph physics.plasm-ph
Ab initio simulation of warm dense matter
暖密物质（WDM）-一种高度压缩物质的奇异状态-近年来在天体物理学和致密实验室系统中引起了高度兴趣。同时，这种状态在理论上也极难处理。这是由于量子简并、库仑关联和热效应的同时出现，以及等离子体和凝聚相的重叠。最近的突破是由于密度泛函理论（DFT）方法的成功应用，然而，往往缺乏必要的精度和预测能力的WDM应用。随着量子蒙特卡罗（QMC）模拟获得的温暖致密均匀电子气（UEG）交换相关自由能的第一个\textit{ab initio}数据的可用性，情况发生了变化，有关最近的评论，请参见Dornheim \textit{et al.}，Phys. Plasmas \textbf{24}，056303（2017）和Phys. Rep. \textbf{744}，1-86（2018）。在本文中，我们回顾了最近的进一步进展，QMC模拟的温暖稠密UEG：即\textit{ab initio}结果的静态局部场校正$G(q)$和动态结构因子$S(q,ω)$。这些数据与X射线散射实验在自由电子激光设施的比较和理论模型的改进是关键的相关性。在本文的第二部分中，我们讨论了WDM的非平衡模拟。理论方法包括Born-Oppenheimer分子动力学、量子动力学理论、含时密度泛函理论和流体力学。在这里，我们分析了这些方法的优势和局限性，并认为在WDM模拟的进展将需要一个适当的组合的所有方法。一个特殊的角色可能会发…
2020-02-28 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Dynamical structure factors of Warm Dense Matter from Time-Dependent Orbital-Free and Mixed-Stochastic-Deterministic Density Functional Theory
本研究首次用TD-OF-DFT与混合TD-KS-DFT计算温稠密物质DSF的非弹性部分，对比了两种方法的精度与计算成本，为温稠密物质DFT方法的选用和改进提供参考。
2024-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.plasm-ph
Stochastic and Mixed Density Functional Theory within the projector augmented wave formalism for the simulation of warm dense matter
本文在投影缀加波形式体系中实现随机与混合DFT，以缓解平面波能量平方标度并改进赝势近似，通过单点和分子动力学计算给出1–50 eV固体密度碳的自扩散系数。
2023-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.plasm-ph
Radiative and atomic properties of C and CH plasmas in the warm-dense matter regime
本文用超跃迁阵列（STA）方法建立了一个理论模型，计算了碳（C）和聚苯乙烯（CH）等离子体在热密物质区的发射率、不透明度和平均电离态，其中耦合常数在0.02 ~ 2.0之间变化。STA计算结果的准确性进行评估基准对现有的实验数据和使用其他理论方法获得的结果，假设在等离子体中存在的局部热力学平衡状态。在碳等离子体的情况下，STA方法产生的光谱特征，是在合理的，良好的协议与Dirac-Fock和Hartree-Fock-Slater理论;在CH的情况下，我们发现STA衍生的不透明度是非常相似的那些来自使用量子分子动力学密度泛函理论和Hartree-Fock方法下降到约20 eV的等离子体温度。我们的计算还与Gamboa { \it et al} [High能量密度Phys. { \bf 11}，75（2014）]对纯碳泡沫中的冲击波后面的等离子体温度和平均电离状态的可用实验测量有利地进行比较。虽然STA计算的平均电离电荷状态的稀疏区域似乎低于实验数据，它是在实验的不确定性和差异，但与使用原子动力学模型报告的结果是一致的。此外，我们进一步预测了CH等离子体的平均电离态的温度依赖性在相同的温度范围内的碳等离子体。
2018-11-19 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Application of a spherically averaged pair potential in \emph{ab initio} path integral Monte Carlo simulations of the warm dense electron gas
本文在温稠密电子气的\emph{ab initio}路径积分蒙特卡洛模拟中采用Yakub-Ronchi球平均对势，发现其能以极低成本准确计算积分性质，但在小波数下需用Ewald方法保证精度。
2025-04-01 physics.chem-ph physics.plasm-ph
