尘埃等离子体棘轮中尘埃涡流研究

尘埃涡流是芯片刻蚀工艺和微重力及地面尘埃等离子体实验中普遍存在的一种现象,研究其形成机制具有重要意义.由于实验上很难诊断带电尘埃颗粒所处鞘层的等离子体参量,因此尘埃涡流的形成机制仍不清楚.本文在一个全新的尘埃等离子体棘轮实验中观察到了单个尘埃涡流的运动,并探讨了放电条件对其运动规律的影响.通过建立三维尘埃等离子体棘轮模型,数值模拟研究了棘轮通道内的等离子体参量分布特征,并利用Langevin模拟重现了实验现象.实验与模拟结果表明,尘埃颗粒所在的锯齿槽内的电势分布具有不对称性,进而造成锯齿槽内离子流的旋度不为零,非平衡离子拖拽力是驱动尘埃颗粒产生涡流运动的根本原因.

尘埃等离子体棘轮整流实验与三维模拟

实现对等离子体环境中带电尘埃颗粒的调控具有重要的科学意义和应用前景.本文通过设计尘埃等离子体棘轮实验,在射频辉光放电等离子体中实现了尘埃颗粒的整流,通过调节放电功率与压强可以控制颗粒的速度与方向.为了揭示其整流机制,利用等离子体流体模型重构了棘轮通道中等离子体参量的三维分布,分析了尘埃颗粒动力学,并进一步对棘轮通道中的颗粒进行了Langevin模拟,定量地重现了颗粒整流等实验现象.研究结果表明,沿棘轮通道方向的非平衡离子拖拽力驱动带电颗粒形成定向运动.实验与模拟结果对深入研究带电尘埃颗粒调控及其能量转化提供了实验支持与模型依据.