近日，我院冯岩教授与河北大学、华南师范大学艾保全教授课题组合作，在尘埃等离子体棘轮实验研究方面取得突破，作为共同通讯作者，在Physical Review Letters上发表学术论文，题目为“Experimental Demonstration of a Dusty Plasma Ratchet Rectification and Its Reversal”（PRL 2020，124:075001）。

本项研究首次将费曼棘轮的思想扩展到尘埃等离子体实验系统中，提出并设计了尘埃等离子体棘轮实验装置。在这套尘埃等离子体实验系统中，通过调节射频等离子体实验参数，率先实现了尘埃等离子体的整流和反转，即等离子体中尘埃颗粒的可控性整流。在这套试验系统中，射频等离子体点亮之后，在锯齿状沟槽内引入微米尺度的尘埃颗粒之后，系统就能自发地将射频等离子体中杂乱无序的能量涨落有效地利用起来，使得锯齿状沟槽中的尘埃颗粒持续不断地定向运动，像珠链一般自动旋转。实验操作中通过调节射频等离子体气压和功率等参数，就能控制这些尘埃颗粒运动速度的大小与方向，并不需要改变系统其他任何参数。对这一实验系统中尘埃颗粒的定向运动机制的深入研究发现，棘轮运动中有两大关键因素，即不对称性的棘轮势场和尘埃颗粒的集体效应。进一步的数值模拟与实验结果吻合得很好，而且更进一步定量化地揭示了尘埃等离子体棘轮体系的整流机制的核心两大因素，与实验发现完全一致。定量化的分析结果发现，带电尘埃颗粒所受棘轮势的特性与射频等离子体参数、棘轮结构等因素密切相关，通过改变等离子体参量可以控制棘轮势的方向，进而控制尘埃颗粒的整流方向。最后，文章还指出了该尘埃等离子体棘轮在颗粒分离方面的应用前景。

 

文章链接https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.075001

 

  

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