Simulating the dynamics of complex plasmas
复杂等离子体是低温等离子体，除了组成等离子体的中性气体粒子以及离子和电子之外，还包含微米尺寸的粒子。微粒之间相互作用强烈，并显示出丰富的集体效应。在这里，我们报告链接的数值模拟，重现许多复杂等离子体的实验结果。我们用商业软件comsol编写的流体程序模拟了电容耦合等离子体。该模型的输出用于计算微粒上的力。微粒建模使用分子动力学包lammps，我们扩展到包括从等离子体的力量。使用这种方法，我们能够再现空隙形成，不同尺寸的颗粒分层，车道形成，涡流形成和其他效果。
2014-12-08 physics.plasm-ph
Dust density waves in a dc flowing complex plasma with discharge polarity reversal
本文报道了在直流放电复合等离子体中观测到的尘埃自激密度波。这些实验是在国际空间站上的Plasmakristall-4设施的微重力条件下进行的。在实验中，微粒云首先被捕获在电感耦合等离子体中，然后在恒定电流的直流放电中释放漂移几秒钟。之后，放电极性反转。发现包含漂移微粒云的DC等离子体在微粒漂移速度和等离子体发射方面是强烈不均匀的[Zobnin等人，等离子体物理25，033702（2018）]。除此之外，还观察到自激波图案的不均匀性：在微粒云的前缘（定义为头部），波具有比后缘（定义为尾部）更大的相速度。此外，极性反转后，波型出现了几个分叉：在两个旧波峰之间，形成了一个新的波峰。然而，这些分叉只发生在微粒云的头部。我们发现，漂移云内部电场的空间变化在波型的形成中起着重要的作用。理论估计和测量结果的比较证明了电场对波的相速度的显著影响。同样的理论方法适用于不稳定增长率，估计值和测量值之间的协议。
2018-07-11 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
Sparse identification of effective microparticle interaction potential in dusty plasma from simulation data
Auburn University（奥本大学）；Baylor University（贝勒大学）
本文提出利用SINDy方法从模拟数据中稀疏识别微粒相互作用势，用于预测等离子体相变和结构形成。
2026-03-10 physics.plasm-ph
Behavior of test particles in the plasma sheath upon local bias and plasma switching
通过电力平衡重力，微粒可以被限制在适当偏置的局部电极上方的等离子体鞘中。它们的位置取决于等离子体鞘的详细结构和微粒在周围等离子体中获得的电荷，偏压开关实验揭示了微粒子的电荷和平衡位置如何随着鞘层的改变而改变条件我们观察到类似的粒子行为也在余辉的放电电极上的持续偏置电压：阻尼振荡到一个新的平衡或（加速）下降，根据偏压。
2010-10-14 physics.plasm-ph
On the optical measurement of microparticle charge using quantum dots
我们研究了使用沉积在微粒表面上的量子点（QD）层的可能性，用于测量微粒浸入等离子体中时获得的电荷。为此，我们进行了量子点的光致发光光谱的斯塔克位移所造成的波动的局部电场的计算。在我们的计算中，我们假设等离子体传递的多余电子分布在微粒表面。根据我们的计算，斯塔克位移将获得可测量的值时，准静态配置的剩余电子的寿命将由它们沿表面的扩散。实验表明，可以实现可测量的斯塔克位移的光致发光光谱的平坦的量子点覆盖的浮动等离子体面对的表面。基于我们的模型，现代微观等离子体-表面相互作用理论和实验分析，我们提出了可能的设计的电荷微传感器，这将允许通过可见光光学测量其表面上积累的电荷。
2021-08-27 cond-mat.mes-hall physics.plasm-ph
Measurement of the Ion Drag Force in a Complex DC-Plasma Using the PK-4 Experiment
在复杂等离子体中，流动离子对微粒的作用力，即所谓的离子拖曳力，并不为人所知。然而，这对于理解复杂等离子体中有趣的现象，如微重力条件下的空洞形成，是很重要的。PK-4实验是为以后在国际空间站上使用而开发的，非常适合研究这一问题。在该实验中，在玻璃管中产生复杂的DC等离子体，其中微粒从阴极流到阳极。通过测量微粒速度，可以通过假设力平衡来提取对于不同颗粒尺寸、压力和DC电流的颗粒上的力。已经在实验室以及在微重力条件下使用抛物线飞行进行了实验。这些实验的结果将被呈现并与理论预测进行比较。
2004-11-02 physics.plasm-ph
Microparticle cloud imaging and tracking for data-driven plasma science
本文介绍面向实验室等离子体的微粒云成像与追踪mCIT/μCIT，比较多种追踪算法并分析噪声、密度等因素，为微粒至德拜尺度的数据驱动等离子体研究提供数据与方法。
2019-11-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Heartbeat instability as auto-oscillation between dim and bright void regimes
本文研究了射频放电复合等离子体中的自激和光电流刺激心跳不稳定性。三台摄像机同时测量微粒的运动、等离子体发射和激光诱导荧光。对心跳不稳定性的光电流控制的全面研究表明，微粒悬浮液可以通过连续激光来稳定，而调制激光束可以瞬时或共振地诱导空隙收缩。当激光调制频率与微粒悬浮液的小呼吸振荡频率一致时发生共振，这是已知的心跳不稳定性的先决条件。基于实验结果，我们认为不稳定期间的空洞收缩是由从暗区到亮区的突然空洞过渡引起的[Pikalev等人，等离子体源科学30，035014（2021）]。在明亮的制度，时间平均的电场在空隙边界加热电子，导致明亮的等离子体发射内的空隙。暗淡的空隙在边界处具有低得多的电场，并且因此没有表现出与之相关联的发射特征。
2021-11-04 physics.plasm-ph
Measurement of the speed of sound by observation of the Mach cones in a complex plasma under microgravity conditions
我们报告的第一个观察到的马赫锥激发一个较大的微粒（弹丸）移动通过云的较小的微粒（灰尘）在一个复杂的等离子体与氖作为缓冲气体在微重力条件下。尘埃粒子的集体运动作为接触不连续性的传播而发生。用马赫锥显示的特殊方法测量了相应的声速。测量结果与离子声波理论不符。通过对强耦合库仑系统中压强的估计和复杂等离子体的标度律，可以得到与复杂等离子体实验相符合的声速的估计。
2015-06-13 physics.plasm-ph
Theory of a cavity around a large floating sphere in complex (dusty) plasma
在国际空间站上的PK-3 Plus实验室的最后一次实验中，研究了毫米级金属球与复杂等离子体的相互作用。Schwabe { \it等人}，New J. Phys. { \bf 19}，103019（2017）]。观察到的现象之一是在球体周围形成空腔（没有形成复杂等离子体的微粒的区域）。空腔的尺寸由空腔边缘处的微粒所经受的力的平衡决定。在这篇文章中，我们开发了一个详细的理论模型描述的腔的大小，并证明它同意与实验测量的大小。该模型是基于一个简单的实用表达式的离子拖曳力，这是构造考虑到同时考虑到非线性离子粒子耦合和离子中性碰撞的影响。所开发的模型可以用于描述大质量体和周围的复杂等离子体之间的相互作用，在一个相当宽的参数制度。
2019-04-30 physics.plasm-ph
Shocks propagate in a 2D dusty plasma with less attenuation than that due to gas friction alone
在尘埃等离子体中，脉冲产生的冲击，即，观察到爆炸波的衰减小于单独由于气体摩擦而预期的衰减。在实验中，单层微粒悬浮在射频辉光放电等离子体中。在这一层中，微粒自组织为2D固体状强耦合等离子体，其受到金属丝活塞式机械运动的扰动。为了激发冲击波，金属丝的运动被突然停止，这样机械能的输入就在一个已知的时间停止了。可以看出，当冲击波在地层中传播时，其振幅几乎没有衰减。这一结果将之前3D微粒云实验中的类似发现扩展到了2D云的情况。在我们的云中，观察到了面外位移，这支持了一种可能性，即由离子流中的尾流驱动的不稳定性提供了维持冲击波振幅的能量，尽管存在气体阻尼。
2020-07-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
3D Particle Positions from Computer Stereo Vision in PK-4
复杂等离子体由嵌入在含有离子、电子和中性粒子的低温等离子体中的微粒组成。微粒形成一个动态系统，可用于研究对组成颗粒水平的多种影响。微粒通常用一片激光照射，散射光可以用数码相机观察。一些复杂的等离子体微重力研究设施使用两台视场重叠的照相机。重叠的视场可以用于将所得到的图像组合成一个，并在更大的视场中跟踪颗粒。在以前的工作中，讨论了PK-4实验室在国际空间站上记录的图像。然而，在这项工作中，没有考虑激光片的宽度。在本文中，我们将讨论如何改进的特征到一个联合坐标系的转换，并可能提取信息的重叠区域中的粒子的3D位置。
2019-12-09 cs.CV physics.plasm-ph
Wake-induced bending of two-dimensional plasma crystals
结果表明，在二维等离子体晶体中的微粒子之间的唤醒介导的相互作用影响的单层的形状，使其非平坦的。计算了单层中粒子数密度的各种分布的平衡形状。对于典型的实验条件，在晶体中心的颗粒的悬浮高度可以明显小于在周边。有人建议，尾流诱导弯曲的效果可以在实验中利用，推断粒子间相互作用的重要特征。
2014-05-05 physics.plasm-ph
Buckling of 2D Plasma Crystals with Non-reciprocal Interactions
二维等离子体晶体的实验室实现通常涉及单分散微粒限制在射频（rf）等离子体鞘中的水平单层。这引起了所谓的等离子体尾流在微粒下面。尾流的存在使得这种系统中的相互作用是非互易的，这一事实可能导致与其互易对应物预期的行为完全不同的行为。在这里，我们研究的屈曲的六边形的2D等离子体晶体，发生的约束强度降低，明确考虑到系统的非互易性，通过一个完善的点粒子尾流模型。我们观察到，对于一个有限的唤醒电荷，单层六方晶体经历了过渡的第一个双层六方结构，无法实现的谐波限制倒易汤川系统，随后双层正方形结构。我们的理论结果证实了实验相关参数的分子动力学模拟，表明他们的观察在国家的最先进的实验与二维复杂等离子体的潜力。
2020-07-29 cond-mat.soft physics.plasm-ph
Anisotropic confinement effects in a two-dimensional plasma crystal
Couëdel等人[Phys. Rev. E 89，053108（2014）]首次在等离子体晶体中观察到的模式耦合诱导熔化期间尘埃粒子波能分布的光谱不对称性，在理论上和通过分子动力学模拟进行了研究。它示出的各向异性以及限制微粒选择的方向，优选的粒子运动。观测到的相反方向的波的强度的差异被解释为一个非零的声子通量。缺陷和Umklapp散射的各向异性声子散射提出的平均声子通量的可能原因。
2016-01-05 physics.plasm-ph
Quadrilateral Particle Arrangement within Shocks in a Two-Dimensional Dusty Plasma
本研究通过实验激发二维尘埃等离子体中的压缩激波，发现粒子从激波前的六边形晶格重排为激波内的非平衡四边形微结构，并利用Glaser-Clark多边形和Voronoi分析揭示了激波诱导的熔化现象。
2024-09-05 physics.plasm-ph
Interaction of a supersonic particle with a three-dimensional complex plasma
研究了超声速弹丸对三维复杂等离子体的影响。在微重力条件下，低温等离子体中的微米级颗粒在新的“Zyflex”室中形成了一个大型的未受干扰的系统。超声速探针粒子在大的弱阻尼粒子云中激发出马赫数M $\approx$ 1.5 - 2的马赫锥和双马赫锥结构。用不同的方法测量了声速，并将粒子电荷估计值与标准理论的计算值进行了比较。高图像分辨率使得能够在三维复杂等离子体的单粒子水平上研究微重力下的马赫锥，并深入了解动力学。在超音速射弹后面发现了微粒的加热，但在马赫锥的侧面没有发现。
2018-03-02 physics.plasm-ph
Autowaves in a dc complex plasma confined behind a de Laval nozzle
对由气流支撑的克服重力的致密微粒云的稳定性条件和拓扑结构进行了实验研究。通过在直流放电等离子体室的玻璃管中使用喷嘴形状的玻璃插入物，产生通过拉伐尔喷嘴的弱电离气体流。实验是在100 Pa的氖气和直径为3.43 μm的三聚氰胺甲醛颗粒中进行的。证明了等离子体中粒子在喷嘴后的捕获和稳定的全局约束。云内的颗粒表现为单个对流单体，沿喷嘴轴以管状方式不均匀地结构。详细研究了由集体等离子体-粒子相互作用引起的位于云头的脉冲加速度及其波型。
2013-07-10 physics.plasm-ph
Three-dimensional structure of a string-fluid complex plasma
在国际空间站的Plasmakristall-4设施中，在长期微重力条件下对复杂（尘埃）等离子体的三维结构进行了研究。微粒悬浮液被限制在极性开关直流放电。实验结果进行了比较的分子动力学模拟的结果与粒子间的相互作用势表示为各向同性汤川和各向异性四极项的叠加。模拟和实验数据表现出定性相似的结构特征，表明散装液体般的顺序与列入固体般的字符串与轴向电场对齐。识别单个串并计算它们的尺寸谱。尺寸谱的衰减率被发现与弦状结构特征的增强而降低。
2020-05-11 physics.plasm-ph
Slow dynamics in a quasi-two-dimensional binary complex plasma
实验研究了由两种不同尺寸的微粒组成的准二维非晶态复杂等离子体中的慢动力学。使用视频显微镜观察单个粒子的运动，并计算中间散射函数的自部分以及均方粒子位移。长时间的结构弛豫揭示了玻璃化转变附近的特征行为。我们的研究结果表明，二元复杂等离子体可以是一个很好的模型系统来研究经典过冷流体中的慢动力学。
2020-04-14 cond-mat.soft physics.plasm-ph
Studies of laser stimulated photodetachment from nanoparticles for particle charge measurements
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究纳米颗粒电荷测量难题，采用激光激发光致脱附方法，通过监测电子电流变化、结合多种数据估算电荷，结果显示该方法适用于纳米颗粒电荷测量，但背景负离子脱附对电流衰减有影响。
2026-07-09 physics.plasm-ph
H2+ embedded in a Debye plasma: Electronic and vibrational properties
在Born-Oppenheimer近似下分析了等离子体屏蔽对H2+分子离子电子和振动性质的影响。当分子嵌入等离子体中时，等离子体屏蔽静电相互作用。这种屏蔽在薛定谔方程中通过将库仑势替换为包含德拜长度作为屏蔽参数的汤川势来解释。采用共焦椭圆坐标下的变分展开法计算了不同德拜长度和键距下的1 ssg和2 psu态的能量。当德拜长度与平衡键距相当时，等离子体屏蔽会重塑势能曲线。计算了1 ssg态的期望值、偶极极化率和光谱常数。
2010-09-17 physics.plasm-ph
Dissipative solitary wave at the interface of a binary complex plasma
研究了二元复杂等离子体中耗散孤立波通过界面的传播。这些实验是在国际空间站上的PK-3 Plus实验室的微重力条件下进行的，使用的是浸入低温等离子体中的直径为1.55微米和2.55微米的微粒。孤立波在无粒子区的边缘被激发，并从小粒子的子云中传播到大粒子的子云中。通过测量颗粒在波峰处的减速度来观察界面效应。结果进行了比较与朗之万动力学模拟，其中波被激发的小粒子的子云的边缘上的一个温和的推动。波在界面处的反射是通过增加推力的强度而引起的。通过调节模拟中施加在大颗粒上的离子拖曳力，调整界面的有效宽度。我们发现，反射的强度增加与较窄的接口。
2018-05-29 physics.plasm-ph
Multipole Traps as Tools in Environmental Studies
微粒、纳米颗粒和气溶胶的捕获是物理学和化学的主要兴趣问题。我们提出了一个设置用于微粒捕获在多极线性保罗陷阱几何形状，在标准环境温度和压力（SATP）条件下操作。设计并测试了一种16电极的线性阱结构，其目的是相对于四极阱限制更多的粒子，从而提高信噪比，并研究微粒子在电动场中的动力学稳定性。实验测试和数值模拟表明，多极阱非常适合于不同微粒种类的高精度质谱测量，或识别大气中某些气溶胶和污染物的存在。粒子阱是环境监测或多体库仑系统和尘埃等离子体研究的通用工具。
2015-12-17 astro-ph.IM physics.atm-clus physics.atom-ph
Self-Sustained Non-Equilibrium Co-existence of Fluid and Solid States in a Strongly Coupled Complex Plasma System
复杂等离子体系统是研究非活性凝聚态物质固-液相变动力学的典型模型。同时，在某些条件下，复杂的等离子体系统也可以显示活性介质的特性，其中微米尺寸的颗粒将周围环境的能量转换为运动性，从而变得活跃。我们提出了一个详细的分析实验复杂的等离子体系统，显示的证据之间的冷结晶和热流体状态的结构，由于等离子体能量转换成运动能量的微粒在系统的中心区域的非平衡稳定共存。尘埃粒子之间的等离子体介导的非互易相互作用是中心子系统巨大加热的潜在机制，它作为一种微尺度能源，使中心子系统保持在熔融状态。基于分子动力学和粒子模拟相结合的方法对该系统进行了多尺度模拟，结果表明，在静电阱作用下，系统的强结构非均匀性使不稳定性的发展成为局部过程.我们提出了在直流辉光放电等离子体中进行的复杂等离子体系统的实验测试和详细的理论分析。
2022-08-13 physics.plasm-ph
Relativistic quasi-solitons and embedded solitons with circular polarization in cold plasmas
在一维相对论麦克斯韦流体模型的框架下，讨论了含不动离子的冷等离子体中局域电磁结构的存在性。新的部分本地化的解决方案被发现与有限差分算法，旨在定位数值精确解的麦克斯韦流体系统。这些解被称为准孤子，它是由一个局域的电磁波陷在一个空间扩展的电子等离子体波中构成的。它们被组织在以矢量势的节点数$p$为特征的族中，并且存在于$ω-V$平面中的连续参数范围中，其中$V$是传播速度，$ω$是矢量势角频率。参数研究表明，常见的完全局域相对论孤子是部分局域准孤子族中的特殊成员。因此，孤子解分支$p>1$参数嵌入准孤子的连续。另一方面，几何论证和数值模拟表明，$p=0$孤子只存在于小振幅或零速度的极限。Maxwell流体模型的直接数值模拟表明，$p>0$准孤子（和嵌入孤子）是不稳定的，会导致尾流激发，而$p=0$准孤子是稳定的.这有助于解释在激光-等离子体相互作用的数值模拟中普遍观察到的类似于$p=0$孤子的结构。
2016-06-09 physics.plasm-ph
Time-Embedded Convolutional Neural Networks for Modeling Plasma Heat Transport
本文提出时间嵌入卷积神经网络（TCNN），结合物理原理与动理学PIC数据，在强非局域条件下准确模拟等离子体热输运，解决了LINN模型在时间依赖状态下的物理不一致问题。
2025-09-07 physics.plasm-ph
Particle charge in PK-4 dc discharge from ground-based and microgravity experiments
浸在直流放电的Plasmakristall-4实验设施的微粒的电荷已估计使用粒子速度从地球上进行的实验和在国际空间站上的微重力条件下。用于这些估计的理论模型是基于作用在放电中的单个颗粒上的力的平衡。该模型考虑了放电参数的径向依赖性，并合理地描述了实验测量。
2019-11-13 physics.plasm-ph
Particle-resolved study of the onset of turbulence
该研究利用复杂等离子体的三维分子动力学模拟，在粒子分辨尺度揭示阻尼条件下绕障碍物流动的湍流起始机制及其激波形成与 -5/3 幂律特征。
2023-06-13 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Experimental investigation of dynamical structures formation due to flowing complex plasma past an obstacle
本文报道了复杂等离子体绕流球形障碍物动力学行为的实验观察。实验是在$Π$型直流辉光放电实验装置上进行的。通过保持抽气速度和气体流速，形成静止的粉尘云。垂直安装在阴极托盘上的球形障碍物作为灰尘颗粒流动的障碍物。通过质量流量控制器减少中性粒子的质量流量来产生受控粉尘流。流动的灰尘颗粒被带负电荷的球体的静电场排斥，并且在障碍物周围形成无微粒区域（灰尘空隙）。远处的粒子被吸引到漂浮的障碍物上，当它们到达最小距离时被反射回来，从而在障碍物周围形成环形结构。我们的特点，这种结构的形状在一个范围内的灰尘流动速度和障碍偏见。对于一个负偏置障碍物周围的尘埃流体的超音速流，弓激波形成的上游侧的球体，而波结构的产生观察到的下游侧的特定范围内的流速。在这种情况下，雷诺数估计为$R_e \gtrsim 50$。这种波结构使人想起冯-卡门涡街形成的开始。讨论了基于离子拖曳、中性流和电力的观测结构的物理图像。
2018-09-29 physics.plasm-ph
Effect of confinement anisotropy on particle transport and structural relaxation of finite dust clusters in complex plasma
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Atomic Semi Inc.（原子半导公司）
本文研究各向异性约束对复杂等离子体有限尘埃团簇的影响，发现约束各向异性增强会引发结构转变，改变主导振荡模式，减慢结构弛豫，为理解多体系统异常输运提供了机制洞见。
2026-07-31 physics.plasm-ph
Two-Fluid Nonlinear Theory of Response of Tokamak Plasma to Resonant Magnetic Perturbation
本文提出了H模托卡马克等离子体中单个撕裂稳定有理表面驱动的磁重联的双流体非线性理论。表面被假定为与所施加的共振磁扰动（RMP）的主导螺旋谐波之一共振。本文所描述的理论与理解托卡马克等离子体中RMP诱导的边缘局域模（ELM）抑制的物理问题密切相关。
2018-08-13 physics.plasm-ph
Ionization of Rydberg atoms embedded in an ultracold plasma
我们研究了嵌入超冷等离子体中的冷里德伯原子的行为。我们证明，即使是深束缚的里德伯原子完全电离在这样的环境中，由于电子碰撞。使用快速脉冲提取的电子从等离子体中，我们发现，过量的正电荷的数量，这是直接相关的电子温度Te，是不强烈的影响电离的里德伯原子。假设一个金-金平衡分布，在类比球状星团动力学，我们估计Te。在不对里德伯原子对等离子体的加热或冷却作出结论的情况下，我们讨论了通过加入里德伯原子来改变等离子体温度的范围。
2005-01-05 physics.atom-ph physics.plasm-ph quant-ph
Processes in current sheets responsible for fast energy conversion in the magnetospheric collisionless plasma
磁层等离子体结构的动力学本质上具有间歇性的慢相和快相。快速转变是一个非线性过程，失去平衡，最终缓慢的准静态演变。这个过程被分析为一个动态分岔。无论是撕裂模扰动还是气球模扰动，在演化过程中达到边缘稳定状态时，都会出现这种现象。由此产生的力的不平衡导致自发形成的非线性动力学薄电流结构。它们要么是一对缓慢的无碰撞激波，要么是嵌入较厚等离子体片结构中的特定各向异性薄电流片。两者都是强烈能量转换的场所，它们在磁层无碰撞等离子体中实现快速磁重联。
2013-01-29 physics.plasm-ph
Effect of polarization force on the Mach cones in a complex plasma
我们报告了由于作用于嵌入非均匀等离子体中的微米尺寸尘埃颗粒的\textcolor{black}{the}极化力而导致的压缩马赫锥传播特性的改变。通过求解高荷电尘埃粒子的流体动力学方程，在动量方程中引入极化力，研究了马赫锥的形成，并在给定的马赫数和Epstein阻力下，观察了不同极化力作用下的侧向尾迹结构变化。我们还注意到，当其他参数保持不变时，归一化尘埃密度扰动的最大振幅随着偏振相互作用的增加而减小。
2016-04-15 physics.plasm-ph
Relativistic magnetic reconnection driven by a laser interacting with a micro-scale plasma slab
磁重联是一种基本的等离子体过程，通过体加速和欧姆耗散，将嵌入的磁场能量转换为等离子体动能和热能。在许多高能天体物理事件中，磁重联被用来解释非热特征。然而，场能量转移到等离子体中以驱动所观察到的发射的过程仍然没有得到正确的理解。在这里，通过三维粒子模拟的一个现成的（TW-毫焦耳级）激光与微尺度等离子体板相互作用，我们表明，当电子束激发的板的两侧接近等离子体结构的末端，超快相对论磁重联发生在一个磁为主的（低- $β$）等离子体。由此产生的有效的粒子加速导致相对论电子射流的发射与截止能量$\sim$ 12兆电子伏。提出的方案可以显着提高理解的基本问题，如相对论性磁重联的重联率，场耗散和粒子加速。
2017-08-25 physics.plasm-ph
Relativistic Spectroscopy of Plasma Embedded Li-like Systems with the Screening Effects in the Two-body Debye Potentials
利用相对论耦合团簇（RCC）方法研究了等离子体环境中Li原子和类Li Ca、Ti离子的光谱性质。假设等离子体是低密度和非常热的，我们考虑德拜模型与两个近似通过帐户屏蔽效应：（i）在核势单独和（ii）在核和电子-电子相互作用势。首先，对无等离子体系统进行了原子态的能量和寿命的计算，以检查它们的准确性，然后在等离子体环境中对其进行了研究。据观察，屏蔽在电子-电子相互作用势稳定的系统比的情况下，屏蔽只存在于核势。类似地，早先预测的蓝移和红移的$Δn=0$和$Δn \ne 0$过渡线（与主量子数$n$）的锂离子的变化显着的情况下（ii）近似。观察到的能级之间的水平交叉的大屏蔽效应，似乎是突出的高轨道角动量的状态。考虑到不同的等离子体屏蔽强度，估计了许多低能级的寿命和允许跃迁的相对谱线强度。
2014-02-13 physics.atom-ph physics.optics physics.plasm-ph
Laser-Driven, Ion-Scale Magnetospheres in Laboratory Plasmas. II. Particle-in-cell Simulations
离子尺度的磁层已经在彗星、弱磁化的小行星和月球上的局部区域被观测到，并为研究动力学尺度的等离子体物理提供了独特的环境，特别是在无碰撞的情况下。在这项工作中，我们提出了粒子在细胞模拟，复制最近的实验在加州大学洛杉矶分校的大型等离子体设备的结果。使用高重复率激光，离子尺度的磁层被创建，以驱动等离子体流进入嵌入在均匀背景磁场中的偶极磁场。模拟发展的理想化的2D配置的实验，研究高分辨率，体积数据集，并确定磁层结构，磁层顶的位置和动力学尺度结构的等离子体电流分布。我们显示的磁腔和磁压缩的磁层区域的形成，和两个主要的电流结构在磁障碍的昼侧：抗磁电流，支持的驱动器等离子体流，和电流相关的磁层顶，支持的背景和驱动器等离子体与一些时间依赖性。从多个参数扫描，我们显示了磁压缩的反射，由驱动器等离子体的长度为界，和较低的偶极磁矩的主要电流结构的较高的分离。
2022-01-07 physics.plasm-ph
First heat flux estimation in the lower divertor of WEST with embedded thermal measurements
研究了WEST托卡马克装置面向等离子体组件（PFC）中热电偶（TC）和光纤光栅（FBG）的表面热流估算。采用共轭梯度法（CGM）和伴随状态相结合的二维传热模型，计算了等离子体在PFC上的热流密度，给出了等离子体热流密度随时间的变化特征，并给出了热流密度衰减长度$λ^t_q$、热流密度分布区域$S^t$和撞击点位置$x_0$.作为第一步，五欧姆脉冲已被调查与不同的磁配置和偏滤器X-点的高度从44到68毫米从表面变化。尽管外侧移位，外部撞击点的相对位移以及来自TC/FBG系统的热通量衰减长度与磁平衡重建是一致的。
2019-02-28 physics.class-ph physics.plasm-ph
Spectroscopic electric-field measurement in laser-excited plasmas
利用嵌入离子云中的里德伯原子的斯塔克效应，测量了毫米大小的冷Rb^+离子云中的电场。离子云是由磁光阱中激光冷却的铷原子的紫外光电离产生的。在非常密集的离子云中，里德伯原子激发光谱反映了中性等离子体核和带正电荷的离子壳层的存在。
2000-07-04 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Flowing dusty plasma experiments: Generation of flow and measurement techniques
介绍了产生亚/超音速尘埃流体流的各种实验技术和测量这种流速的方法。实验在$Π-$形状的尘埃等离子体实验（DPEx）装置中进行，该装置具有嵌入在由直流（DC）辉光放电产生的氩等离子体背景中的微米尺寸的高岭土/三聚氰胺甲醛（MF）颗粒。通过精确地平衡抽气速度和气体流速，在阴极区域上方形成静止的粉尘云。通过从单个或两个位置注入额外的气体或通过改变灰尘限制潜力来产生灰尘颗粒/流体的流动。然后，通过三种不同的技术，即超级粒子识别（sPIT）代码，粒子图像测速（PIV）分析和粉尘声波（DAWs）的激发来估计流速。从这三种不同的技术所获得的结果以及它们的优点和缺点进行了讨论。中性阻力的产生负责，以及尘埃流体流的衰减的估计。这些技术可以有效地应用于实验室装置中，以研究流动尘埃等离子体中的线性和非线性集体激发。
2016-06-24 physics.plasm-ph
Magnetic reconnection and dynamos in the presence of plasma turbulence
本文研究了湍流等离子体中的磁场演化，利用 Maxwell 方程的精确结果解释了快速磁重联的普遍性，并指出了其对磁场演化和发电机理论的约束，纠正了重联文献中误用二维理论的问题。
2025-04-05 physics.plasm-ph
Magnetic stagnation of two counterstreaming plasma jets induced by intense laser
本工作首次实验观测到超强激光诱导的对向等离子体射流因自生环形磁场压缩而停滞偏转，混合模拟揭示了其机制。
2025-06-19 physics.plasm-ph
Energetic particles transport in constants of motion space due to collisions in tokamak plasmas
本研究针对托卡马克等离子体中高能粒子输运演化问题，开发嵌入ITER IMAS框架的三维求解器ATEP-3D，在运动常数空间求解碰撞输运，可评估高能粒子约束特性。
2024-05-16 physics.plasm-ph
Strong surface magnetic field generation in relativistic short pulse laser-plasma interaction with an applied seed magnetic field
虽然等离子体往往表现出抗磁性，我们证明了一个薄的不透明的目标与嵌入式目标横向种子磁场$B_\mathrm{seed}$的激光照射可以触发一个数量级的更强的磁场的产生与相反的符号在目标表面。强表面场产生发生在激光脉冲相对论强度时，并且是由与穿过靶的激光加热电子的回旋加速器旋转相关的电流和冷电子的补偿电流引起的。我们推导出一个预测缩放为这个表面场的生成，$B_\mathrm{gen} \sim - 2 πB_\mathrm{seed} Δx/λ_0$，其中$Δx$是目标厚度和$λ_0$是激光波长，并进行一维和二维粒子在细胞模拟，以确认其适用性在很宽的条件范围。我们还表明，种子和表面产生的磁场可以有一个强烈的影响，应用相关的等离子体动力学，例如，从$μ$ m厚的激光照射的目标与千特斯拉级种子磁场的整体膨胀和离子加速大幅改变。
2020-07-16 physics.plasm-ph
Why current-carrying magnetic flux tubes gobble up plasma and become thin as a result
结果表明，如果载流磁通量管在其轴向中点z=0处凸起，在其轴向端点z=+h，-h处收缩，则等离子体将从z=+h，-h向z=0加速，导致类似于两个水射流相互指向的情况。所摄入的等离子体对流嵌入，冻结在环形磁通量从z=+h，-h到z=0。反向流动在z=0处碰撞并停滞，并且在这样做时（i）将它们的平移动能转换成热，（ii）增加z~0处的等离子体密度，以及（iii）增加z~0处的嵌入环形通量密度。z~0处的环向磁通密度的增加增加了环向场Bphi，从而增加了z~0处的磁箍缩力，从而导致z~0处的磁通管半径减小。因此，通量管形成轴向均匀的横截面、减小的体积、增加的密度和增加的温度。这个模型被提出来作为一个可能的假设，以解释为什么太阳日冕环被观测到轴向均匀，炎热和明亮的长期谜团。
2003-01-16 physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-way coupling of magnetohydrodynamic simulations with embedded particle-in-cell simulations
本文描述了一种将磁流体动力学（MHD）模拟中的嵌入域与粒子网格（PIC）方法相耦合的方法。在这种双向耦合中，我们遵循Daldorff等人的工作，其中PIC域从MHD变量（MHD到PIC耦合）接收其初始和边界条件，而MHD模拟则基于PIC变量（PIC到MHD耦合）进行更新。这种方法可以用于模拟大型等离子体系统，其中粒子模拟捕获的动力学效应是局部的，但会影响全局动力学。我们描述了这种耦合的数值实现，它的时间步进算法，其并行化策略，强调它的新颖方面。我们通过模拟稳态等离子体测试这种方法的稳定性和能量/动量守恒。我们测试这种耦合的动力学传播等离子体波通过嵌入式PIC域。与MHD耦合对快磁声波的结果令人满意，但对圆极化Alfvén波的结果有明显的失真。与霍尔磁流体动力学耦合显示出良好的耦合哨声波。我们还采用这种方法来模拟地球空间环境建模（GEM）的挑战类型的重连与PIC模拟的扩散区耦合到更大的尺度与MHD和霍尔MHD。在这两种情况下，我们看到了预期的签名动力学重联在PIC域，这意味着这种方法可以用于重联研究。
2017-08-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasma fibre using bright-core helicon plasma
Chongqing University（重庆大学）；Auburn University（奥本大学）
本文提出基于亮核 helicon 等离子体的“等离子体光纤”概念，通过理论与数值分析证明其在特定入射角下具备波导特性，并指出其在通信系统动态重构中的应用潜力。
2025-10-31 physics.optics physics.plasm-ph
Phase diagram of bilayer electron-hole plasmas
我们研究了二维电子空穴双层膜中激子束缚态的形成和结晶效应。执行无偏路径积分蒙特卡罗模拟所有的量子和库仑关联效应的第一性原理处理。我们分析了不同的对分布函数的依赖层分离，粒子密度和空穴与电子的质量比，并推导出一个示意性的中性质量不对称双层系统的相图。我们的模拟揭示了各种可能的阶段，即激子气体，激子晶体，电子空穴液体和空穴晶体嵌入电子气。
2012-11-29 cond-mat.str-el physics.plasm-ph
Quantum-optical spectroscopy for plasma electric field measurements and diagnostics
等离子体电场的测量对于等离子体科学和应用的发展至关重要。等离子体场的非侵入性原位测量方法在亚毫米长度尺度上具有高灵敏度，在一个大的字段范围仍然是一个突出的挑战。在这里，我们介绍和演示了一种新的方法，用于等离子体电场测量，采用电磁感应透明作为高分辨率的量子光学探针的斯塔克能级移动的等离子体嵌入的里德伯原子，作为高灵敏度的场传感器具有大的动态范围。该方法被应用于诊断的等离子体光激发出的铯蒸气。等离子体电场是从空间分辨的测量场诱导的形状变化和里德堡共振在铷示踪原子的位移提取。在等离子体密度和温度范围内的测量能力被用来表征施加磁场中的等离子体和回旋加速器加热的等离子体中的电场分布的图像。
2017-12-23 physics.atom-ph physics.optics physics.plasm-ph
On effective radiational gravity acceleration at the interface of dense plasmas and vacuum
研究了稠密电磁辐射压力下等离子体-真空界面的辐射重力表面波，发现DEMRP通常能稳定表面波但特定条件下会通过摩擦不稳定性增强其增长率，该工作有助于理解中子星等天体系统的重力特性。
2023-11-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Pegasus: A New Hybrid-Kinetic Particle-in-Cell Code for Astrophysical Plasma Dynamics
我们描述飞马座，一个新的混合动力学粒子在细胞的代码量身定制的天体物理等离子体动力学的研究。该代码将一个节能的粒子积分成一个稳定的，二阶精度，三阶段的预测-预测-校正集成算法。约束输运方法用于对磁场施加无发散约束。包括一个delta-f计划，以促进减少噪音的系统中，只有小偏离的初始分布函数的研究预计。旋转和剪切的影响是通过轨道平流的剪切片形式实现的。这些算法被嵌入到一个架构中，类似于流行的天体物理磁流体动力学代码雅典娜，一个模块化的，有据可查的，易于使用的，并有效地并行化的数千个处理器上使用。我们提出了一系列的测试，在一个，两个和三个空间维度，展示了保真度和多功能性的代码。
2013-11-19 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
Plasma Energization in Colliding Magnetic Flux Ropes
磁通量绳通常在整个日光层中观测到，最近的研究表明，相互作用的磁通量绳与一些高能粒子事件有关。在这项工作中，我们进行了二维粒子模拟（PIC）研究的两个磁通量绳（或磁岛）的合并，以及随后的等离子体的碰撞过程。初始化的模拟与两个磁岛嵌入在一个重新连接的电流片。两个岛屿相撞，最终合并成一个岛屿。在此过程中，随着磁能被释放并转换为等离子体能量，粒子被加速，包括由理想电场引起的体动能增加，以及由流体压缩和非理想电场引起的热能增加。我们发现，这些不同的反射机制的贡献都是重要的，并相互比较。流体剪切和非旋向压力张量也有助于能量转换过程。对于不同的盒子大小范围从$L_x \sim 25$-$100 d_i$和离子-电子质量比$m_i / m_e = 25$，100和400的模拟，我们发现，一般的演变是定性相同的所有运行，和的ESTA仅弱依赖于系统的大小或质量比。这些结果有助于我们理解太阳和日光层环境中的等离子体放电。
2018-09-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
