基于尘埃等离子体的非互易系统的慢动力学研究

发布时间：2020-06-06 20:11

【摘要】：尘埃等离子体是一项新兴的研究课题,近年来有了十分迅速的发展。利用其独特性质,复杂等离子体作为一个模型系统可以在“原子”层面上研究传统物质的各种物理性质,以及各种动力学尺度上的运动过程,将离散的单个颗粒运动与连续的介质运动链接起来,对基础研究有着不可估量的意义。本文以模式耦合理论(MCT)为基础,应用分子动力学模拟方法分别构建简单汤川(yukawa)模型和复杂尾流(wake)模型:(i)实现对尘埃等离子体在液态、超冷液态、玻璃态和固态等不同形态下的静态结构、慢动力学过程和相变进行研究;(ii)对实验进行仿真,将模拟与实验进行比较并对实验现象作出理论解释,也为后续实验改进提供帮助。在第五章中,本文采用简单汤川模型研究二元尘埃等离子体系统中两种颗粒比例对相变点的影响。随着系统中大颗粒(即带电量大)所占比例升高,由传统耦合常数Γ=_((9Δ)~(12)定义的系统相变点将降低,即两者成反比关系。因此,我们提出定义系统耦合强度时大小颗粒数量比例需要被考虑。另外,在模拟过程中我们发现简单汤川模型无法得到模式耦合理论预言的玻璃态系统。在第六章中,本文考虑尘埃等离子体系统中离子高度各向异性分布导致的尾流效应并将其近似为点电荷,建立复杂尾流模型。在模拟过程中,我们发现虽然可以通过调整参数得到模式耦合理论预测的各种相态,但系统的尺寸和初始条件对模拟造成较大影响。我们的解决方法是对每组模拟变换不同初始条件以得到系统的统计特征。在第七章中,本文基于复杂尾流模型研究不同相态(晶体和玻璃)中冲击波的传播。我们发现,冲击波对于晶体系统的颗粒结构几乎没有影响,但将明显改变玻璃态系统的颗粒结构,即在冲击波传播前后颗粒结构完全不同。最后,我们总结了我们的研究工作并提出了在二元尘埃等离子体系统模拟领域仍带解决的问题以及可行的解决方法和思路。
【图文】：

直流放电,尘埃颗粒,有序结构,图像

射频和直流放电中尘埃颗粒有序结构的典型图像[6]。（a）在射频放电的鞘层区域六方晶结构的横截面（显示为包含直径为 6.9 微米的 392 个颗粒的 6.1x4.2 平方毫）。（b）分层直流放电中有序结构的垂直截面。在结构的下部区域，存在着尘埃颗垂直振荡，在中部区域出现高度有序，而在上部区域的周边颗粒形成对流运动。（体放电（中性气压p~02Torr，波频ω~60 1，，波数k~60 1，传播速度 ~1

层次结构图,软物质,层次结构,等离子体

图 2 软物质状态的层次结构[14]和“分子”的混合，则复杂的等离子体表示分子组分超分子组分可以以固体，液体和气体或等离子体形式在。因此，在过去十几年中，已经投入了大量的研究
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O53

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