尘埃等离子体斑图的形成机理研究

以悬浮在等离子体中的微小颗粒形成的尘埃等离子体为对象，用实验和数值模拟两种方法研究尘埃颗粒由小到大生长过程中形成的二维或三维尘埃斑图形成机理，如同心尘埃壳层结构、尘埃空洞（无尘埃粒子区域）、尘埃分形结构、尘埃库仑分子晶体以及外磁场下的尘埃旋转等。本研究拟在实验分析的基础上，配合分子动力学模拟等方法，深入研究不同尘埃等离子体系统的斑图形成机理，如研究多组份不同尘埃颗粒尺寸、外约束势场形状、系统温度、粒子间的不同相互作用势以及外磁场等对尘埃系统结构和动力学特性的影响。这一结果也适用于（气液界面上）胶体颗粒的自组织特性研究，此外对理解微观亚原子领域粒子的自组织结构（如液氦表面的电子有序排列等）和宏观天体物理领域尘埃云结构的形成等也有启发作用。该研究还对理解工业等离子体加工中尘埃的运动特性有帮助，从而更好地控制尘埃运动，降低或消除尘埃对器件的污染等。

在国家自然基金委的资助下，我们采用实验和模拟相结合的方法对尘埃等离子体系统中尘埃斑图的形成机理进行了研究，取得了较好的结果。已经开展的研究如下：（1）借助分形维数研究了分形颗粒的生长机理；（2）研究了径向约束的非磁化尘埃系统中颗粒的旋转现象；（3）研究了系统温度对颗粒凝聚行为的影响。这些内容已经分别以第一作者或通讯作者发表了SCI论文。另外，我们最近又完成了两篇文章，将于近期投稿。有一些研究结果，我们分别在国际会议（美国）和国内会议（上海）上做了报告。这些内容都是在本项目资助下进行的。在这些研究中，我们从分形维数的角度去研究尘埃生长行为，这是个比较新的研究角度。该文章得到了审稿专家的好评，很顺利地发表在physics of plasma上。