搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

尘埃等离子体金属直棘轮中尘埃颗粒的整流

张顺欣 王硕 刘雪 王新占 刘富成 贺亚峰

引用本文:
Citation:

尘埃等离子体金属直棘轮中尘埃颗粒的整流

张顺欣, 王硕, 刘雪, 王新占, 刘富成, 贺亚峰

Rectification of Dust Particles in a Dusty Plasma Metal Straight Ratchet

ZHANG Shunxin, WANG Shuo, LIU Xue, WANG Xinzhan, LIU Fucheng, HE Yafeng
科大讯飞全文翻译 (iFLYTEK Translation)
PDF
导出引用
  • 利用费曼棘轮原理可以实现将非平衡环境中粒子的随机运动整流成定向运动.本文通过设计尘埃等离子体金属直棘轮实验装置,构建沿棘轮通道分布的不对称等离子体环境,实现了对微米级尘埃颗粒的可控性整流.单分散尘埃颗粒在棘轮通道中能够形成定向输运,其输运方向可通过调节放电功率与气压来精确调控.通过对不同尺寸的尘埃颗粒输运研究发现,这种整流效应具有普适性.为了揭示尘埃颗粒的整流机制,利用等离子体流体模型计算得到了棘轮通道中等离子体参量的二维分布,进一步通过Langevin模拟研究发现,尘埃颗粒在棘轮通道中不同的悬浮高度上受到的棘轮势的不对称取向不同,使得其输运方向不同.本文研究结果为进一步实现尘埃等离子体金属直棘轮中双分散颗粒分离奠定了理论与实验基础.
    Utilizing the principle of the Feynman ratchet, it is possible to rectify the random motion into directed flow of particles under a nonequilibrium environment. In this paper, an experimental setup for a dusty plasma metal straight ratchet is designed to create an asymmetric plasma environment along the ratchet channel, enabling a controllable rectification of micron-sized dust particles. Monodispersed dust particles can form a directional flow in the ratchet channel, and the transport direction could be precisely controlled by adjusting the discharge power and the gas pressure. Research on the transport of dust particles of varying sizes proves that the rectification effect is universal. To reveal the rectification mechanism of dust particles, a fluid model of plasma is employed to calculate the two-dimensional distribution of plasma parameters within the ratchet channel. Further research through Langevin simulation shows that dust particles experience ratchet potentials with distinct asymmetric orientations at different suspension heights within the ratchet channel, leading to different transport directions. The results of this paper provide a theoretical and experimental foundation for further achieving the separation of bi-disperse particles in dusty plasma metal straight ratchets.
  • [1]

    Merlino R L, Goree J A 2004 Phys. Today 57 32

    [2]

    Xiao Q M, Mao A H, He X L, Zou J T, Yang X Y, Sun M M, Li F, Tang P F, Zhou T C, Wang X G 2024 Plasma Sci. Technol. 26 085301

    [3]

    Langmuir I, Jones H A 1924 Science 59 380

    [4]

    Winter J 2004 Plasma Phys. Control. Fusion 46 B583

    [5]

    Morfill G E, Ivlev A V 2009 Rev. Mod. Phys. 81 1353

    [6]

    Shukla P K, Eliasson B 2009 Rev. Mod. Phys. 81 25

    [7]

    Yuan C X, Yao J F, Bogdanov D V, Bogdanov E A, Kudryavtsev A A, Zhou Z X 2019 Plasma Sources Sci. Technol. 28 095020

    [8]

    Wang J Q, Liu Y, Wang Y, Zhu W J, Zhang W W, Huang F 2021 IEEE Trans. Plasma Sci. 49 1694

    [9]

    Zhao Y Z, Liu S F, Kong W, Yang F 2024 Chin. Phys. B 33 065201

    [10]

    Chu J H, I L 1994 Phys. Rev. Lett. 72 4009

    [11]

    Joshi E, Pustylnik M Y, Thoma M H, Thomas H M, Schwabe M 2023 Phys. Rev. Res. 5 L012030

    [12]

    Du C R, Nosenko V, Thomas H M, Lin Y F, Morfill G E, Ivlev A V 2019 Phys. Rev. Lett. 123 185002

    [13]

    Huang D, Lu S Y, Murillo M S, Feng Y 2022 Phys. Rev. Res. 4 033064

    [14]

    Guan M, Chen Z D, Li M D, Liu Z M, Wang Y M, Yu M Y 2022 Chin. Phys. B 31 025201

    [15]

    Beckers J, Berndt J, Block D, Bonitz M, Bruggeman P J, Couëdel L, Delzanno G L, Feng Y, Gopalakrishnan R, Greiner F, Hartmann P, Horányi M, Kersten H, Knapek C A, Konopka U, Kortshagen U, Kostadinova E G, Kovačević E, Krasheninnikov S I, Mann I, Mariotti D, Matthews L S, Melzer A, Mikikian M, Nosenko V, Pustylnik M Y, Ratynskaia S, Sankaran R M, Schneider V, Thimsen E J, Thomas E, Thomas H M, Tolias P, van de Kerkhof M 2023 Phys. Plasmas 30 120601

    [16]

    Lin M M, Wang M Y, Jiang L 2023 Acta Phys. Sin. 72 035201(in Chinese)[林麦麦,王明月,蒋蕾 2023物理学报72 035201]

    [17]

    Wei L, Liu B, Wang F P, Zhang H, Duan W S 2021 Chin. Phys. B 30 035201

    [18]

    Mamun A A, Shukla P K, Morfill G E 2004 Phys. Rev. Lett. 92 095005

    [19]

    Huang Y F, Jia W Z, Zhang Y Y, Song Y H 2024 Acta Phys. Sin. 73 085202(in Chinese)[黄渝峰, 贾文柱,张莹莹,宋远红2024物理学报73 085202]

    [20]

    Melzer A, Schweigert V A, Piel A 1999 Phys. Rev. Lett. 83 3194

    [21]

    Ivlev A V, Konopka U, Morfill G, Joyce G 2003 Phys. Rev. E 68 026405

    [22]

    Hänggi P, Marchesoni F 2009 Rev. Mod. Phys. 81 387

    [23]

    Feynman R P, Leighton R B, Sands M 1963 The Feynman Lectures on Physics (Vol. I)(America: Addison-Wesley Publishing Company) p46

    [24]

    Dupont N, Gabardos L, Arrouas F, Ombredane N, Billy J, Peaudecerf B, Guéry-Odelin D 2023 Phys. Rev. Lett. 131 133401

    [25]

    Fedorova Z, Dauer C, Sidorenko A, Eggert S, Kroha J, Linden S 2021 Phys. Rev. Res. 3 013260

    [26]

    Roeling E M, Germs W C, Smalbrugge B, Geluk E J, de Vries T, Janssen R A J, Kemerink M 2011 Nat. Mater. 10 51

    [27]

    Arzola A V, Volke-Sepulveda K, Mateos J L 2011 Phys. Rev. Lett. 106 168104

    [28]

    He Y F, Ai B Q, Dai C X, Song C, Wang R Q, Sun W T, Liu F C, Feng Y 2020 Phys. Rev. Lett. 124 075001

    [29]

    Zhang S X, Wang S, Yao T Y, Tian M, Fan W L, Liu F C, He Y F 2024 Plasma Sources Sci. Technol. 33 055008

    [30]

    Wang S, Zhang N, Zhang S X, Tian M, Cai Y W, Fan W L, Liu F C, He Y F 2022 Chin. Phys. B 31 065202

    [31]

    Melzer A 2019 Physics of Dusty Plasma:An Introduction (Switzerland:Springer Nature Switzerland AG) p8

    [32]

    Fortov V E, Ivlev A V, Khrapak S A, Khrapak A G, Morfill G E 2005 Phys. Rep. 421 1

  • [1] 李梦谣, 夏清, 蔡明辉, 杨涛, 许亮亮, 贾鑫禹, 韩建伟. 月球南极尘埃等离子体环境特性. 物理学报, doi: 10.7498/aps.73.20240599
    [2] 田淼, 姚廷昱, 才志民, 刘富成, 贺亚峰. 尘埃等离子体棘轮中颗粒分离的三维模拟. 物理学报, doi: 10.7498/aps.73.20240319
    [3] 陈伟, 黄海, 杨利霞, 薄勇, 黄志祥. 基于Fokker-Planck-Landau碰撞模型的非均匀尘埃等离子体目标散射特性. 物理学报, doi: 10.7498/aps.72.20222113
    [4] 林麦麦, 付颖捷, 宋秋影, 于腾萱, 文惠珊, 蒋蕾. 热尘埃等离子体中(2 + 1)维尘埃声孤波的传播特征. 物理学报, doi: 10.7498/aps.71.20210902
    [5] 邵春瑞, 李海洋, 王军, 夏国栋. 多孔结构体材料热整流效应. 物理学报, doi: 10.7498/aps.70.20211285
    [6] 杨建荣, 毛杰键, 吴奇成, 刘萍, 黄立. 强碰撞磁化尘埃等离子体中的漂移波. 物理学报, doi: 10.7498/aps.69.20200468
    [7] 孙俊超, 张宗国, 董焕河, 杨红卫. 尘埃等离子体中的分数阶模型及其Lump解. 物理学报, doi: 10.7498/aps.68.20191045
    [8] 夏益祺, 谌庄琳, 郭永坤. 柔性棘轮在活性粒子浴内的自发定向转动. 物理学报, doi: 10.7498/aps.68.20190425
    [9] 徐彬, 李辉, 王占阁, 许正文, 吴健. 高密度尘埃等离子体的非相干散射理论研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.66.049401
    [10] 辛建国, 杨传路, 王美山, 马晓光. (CH3)2和(NH2)2基团修饰的齐聚苯乙炔分子电子输运性质研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.65.073102
    [11] 宫卫华, 张永亮, 冯帆, 刘富成, 贺亚峰. 非均匀磁场尘埃等离子体中颗粒的复杂运动. 物理学报, doi: 10.7498/aps.64.195202
    [12] 林晓那, 张广平, 任俊峰, 原晓波, 胡贵超. 溶液酸碱性对低聚苯亚乙炔基分子结电输运性质的影响. 物理学报, doi: 10.7498/aps.63.068502
    [13] 李学良, 石雁祥. 双麦克斯韦分布尘埃等离子体中尘埃粒子的充电研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.63.215201
    [14] 吕艳, 王海燕, 包景东. 内部棘轮. 物理学报, doi: 10.7498/aps.59.4466
    [15] 仲生仁. 尘埃等离子体中非线性波的叠加效应及稳定性问题. 物理学报, doi: 10.7498/aps.59.2178
    [16] 万冀豫, 金克新, 谭兴毅, 陈长乐. Pr0.5Ca0.5MnO3/Si异质结输运特性和整流特性研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.59.8137
    [17] 石雁祥, 葛德彪, 吴 健. 尘埃粒子充放电过程对尘埃等离子体电导率的影响. 物理学报, doi: 10.7498/aps.55.5318
    [18] 吴 静, 张鹏云, 宋巧丽, 张家良, 王德真. 反应等离子体中尘埃空洞形成的实验研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.54.4794
    [19] 王正汹, 刘金远, 邹 秀, 刘 悦, 王晓钢. 尘埃等离子体鞘层的玻姆判据. 物理学报, doi: 10.7498/aps.53.793
    [20] 洪学仁, 段文山, 孙建安, 石玉仁, 吕克璞. 非均匀尘埃等离子体中孤子的传播. 物理学报, doi: 10.7498/aps.52.2671
计量
  • 文章访问数:  73
  • PDF下载量:  0
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 上网日期:  2025-02-17

/

返回文章
返回