磁化量子等离子体中表面波和漂移波传播特性的理论研究

Quantum plasmas have an important research value in ultra small electronic device, tiny semiconductor device, compact astrophysical systems, dense laser plasma, fluid turbulence and so on. In this project, starting from the quantum magnetohydrodynamics (QMHD) equations, we will study the quantum effects on the propagation of electrostatic (electromagnetic) surface waves and electrostatic (electromagnetic) drift waves in magnetized quantum plasmas, respectively. The quantum effects we considered here are mainly contained the quantum tunneling effect, Fermi statistical pressure effect，electron spin effect and relativistic effect. In order to obtain the new dispersion relations of electrostatic (electromagnetic) surface waves and electrostatic (electromagnetic) drift waves, we will use the small perturbation expansion methods of linear analysis theory and drift wave approximation methods to explore it in detail. The group velocity and phase velocity of surface waves and drift waves will be derived from the new dispersion relations. Meanwhile, we will also give a theoretical research on instabilities of the corresponding waves. Through these studies, it helps us to extend the understanding of the propagation characteristics of electrostatic (electromagnetic) surface waves and electrostatic (electromagnetic) drift waves in magnetized quantum plasmas.

量子等离子体在超小电子设备、微型半导体器件、致密天体物理系统、高密度激光等离子体和流体湍流等方面具有重要的研究价值。基于量子磁流体力学（QMHD）基本模型，本项目拟考察量子隧穿效应、Fermi统计压效应、电子自旋效应以及相对论效应同时存在的情况下，磁化量子等离子体中静电（电磁）表面波和静电（电磁）漂移波的传播特性。项目拟采用线性分析理论的小扰动展开方法和漂移波近似方法，通过理论推导和分析，得到相应的波的色散关系，并从新的色散关系出发，计算出波传播的群速度和相速度。同时，对波的不稳定性行为，本项目也将开展相应的理论研究。通过这些研究，拟进一步拓展人们对磁化量子等离子体中波的传播特性的认识。

量子等离子体在超小电子设备、微型半导体器件、致密天体等离子体、高密度激光等离子体和流体湍流等领域具有重要的研究价值。本项目基于量子磁流体力学模型，研究和分析了磁化量子等离子体中静电（电磁）表面波和静电（电磁）漂移波的传播特性。考虑的量子效应主要包括：量子玻姆势、Fermi统计压、电子自旋效应、相对论简并压效应和电子交换关联效应。本项目采用了线性分析理论的小扰动展开方法和漂移波近似方法，通过理论推导和分析，得到了相应的波的色散关系和不稳定性的解析表达式，结合相关应用领域的具体参数，做了相应的数值分析。项目的研究结果表明，相比于只考虑量子玻姆势、Fermi统计压和电子自旋效应的情况，考虑相对论简并压效应后，非寻常电磁波的折射率明显降低，这也间接说明相对论简并压效应可以促进波的传播，特别是在高波数范围内，这种现象更加明显。项目的研究结果表明，电子交换关联效应可明显降低静电表面波的频率，并且电子交换关联效应引起的频率下移会随着等离子体耦合参数的增加而增加。在相应的研究工作中，还考虑了碰撞效应对静电表面波色散性质的影响，结果发现碰撞效应对不稳定性的增长率具有促进作用。项目的研究结果表明，相对论简并压效应可以增加高频电磁表面波的频率，同时，高频电磁表面波的相速度会随着电子数密度的增加而增加。项目的研究结果还表明，电子交换关联效应可以显著降低静电漂移波的频率，同时，随着电子密度梯度的增加，静电漂移波的频率将会出现上移的现象。本项目的相关研究结果，能进一步拓展人们对量子等离子体中表面波和漂移波传播特性的认识。