这名青年教授在地面实验室实现了太空中常见的二元复杂等离子体非晶态系统, 成果发表顶级杂志!

PRL报道杜诚然研究员课题组最新成果复杂等离子体,也被称为尘埃等离子体,是由电离气体中的电子、离子、中性气体和固体介观颗粒组成的一种特殊物质。

复杂等离子体具有颗粒宏观可见、运动直接可测的特点,作为软物质模型系统,是一种以宏观可视手段揭示各种微观复杂过程的内在物理机制、发现新物理现象的天然“物理模拟器”。

自从1994年在实验室首次发现等离子体晶格以来,复杂等离子体物理研究主要集中在具有规则结构的等离子体晶体与动力学温度高于熔点的等离子体液体中。

非晶态复杂等离子体系统很难被实现,其物理特性也缺少系统的研究。

这名青年教授在地面实验室实现了太空中常见的二元复杂等离子体非晶态系统, 成果发表顶级杂志!

杜诚然研究员团队与合作者在实验室真空放电腔中利用二种不同直径和材质的介观颗粒形成一个混合二元复杂等离子体,成功抑制了系统结晶,并在重力与鞘层电场的协同作用下悬浮于电极上方形成一个准二维非晶态系统。

由于鞘层离子尾流作用,颗粒相互作用表现出违反牛顿第三定律的特征。

利用激光显微技术记录颗粒的慢动力学过程,计算中间散射函数(intermediate scattering function),并结合系统的局域结构,揭示α弛豫过程与结构的关联。

基于复杂等离子体低阻尼耗散的特性,实验上实现复杂等离子体非晶态系统,为同时研究处于两个不同时间尺度的α弛豫过程与β弛豫过程提供了可能。

在太空中生活在太空烤饼干 图-1

近年来,杜诚然研究员团队与合作者利用地面实验室装置GEC与国际空间站微重力实验装置PK-3 Plus及PK-4,开展了多项复杂等离子体实验与模拟工作,研究了在重力限制条件下的二维及准二维系统和在零重力条件下的三维系统中的相互作用特性、波动演化、结晶过程等物理现象,并发表一系列研究论文,发表在《欧洲物理快报》(Europhysics Letters)上的论文(EPL, 117, 25001, 2017)入选期刊年度亮点(Highlights of 2017)。

该工作得到了国家自然科学基金、东华大学特聘研究员启动资金等资助。

杜诚然,1984年12月出生,东华大学理学院特聘研究员,毕业于慕尼黑大学,获summa cum laude博士学位荣誉,曾任马普学会地外物理研究所项目科学家、德国宇航中心客座研究员,现为欧洲宇航局国际空间站微重力复杂等离子体PK-4项目科学专家组成员,上海物理学会青年工作委员会委员;主要从事地面实验室和空间站微重力复杂等离子体物理的实验和数值模拟研究,2017年获上海市五四青年奖章;近年来,在SCI收录期刊上发表论文20余篇,其中2篇论文入选英国物理学会IOP期刊的年度亮点,主持国家自然科学基金、LAM Research Unlock Ideas Campaign等多个研究项目和课题。

太空生活趣事多在太空烤饼干 图-2

近日,东华大学理学院应用物理系杜诚然特聘研究员课题组与德国宇航中心空间材料研究所、马普学会地外物理研究所合作,在地面实验室首次实现了二元复杂等离子体非晶态系统,揭示了颗粒动力学与局域结构的关联。

研究结果以“准二维二元复杂等离子体中的慢动力学(Slow Dynamics in a Quasi-Two-Dimensional Binary Complex Plasma)”为题发表在国际著名期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

在太空中生活在太空烤饼干 图-3

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