Параметричний резонанс в ультрахолодній ридбергівській плазмі під впливом акустичної хвилі
DOI:
https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v42i6.2020.222306Ключові слова:
ридбергівська плазма, розсіяння, параметричний резонанс, акустична хвиляАнотація
Розглянуто слабоіонізовану ультрахолодну ридбергівську плазму, яка зазнає впливу акустичної хвилі терагерцового діапазону. Вплив акустичної хвилі на ленгмюрівські коливання ридбергівської плазми описують за допомогою гідродинамічного підходу. Досліджено механізм впливу акустичної хвилі на ленгмюрівські коливання у такій плазмі, який полягає у розсіянні електронів на нейтральних атомах, що коливаються у високочастотному акустичному полі. Для обчислення перерізу розсіяння електронів на атомах, які здійснюють високочастотні коливання у полі терагерцової акустичної хвилі, застосовано унітарне перетворення Крамерса-Хеннебергера у рівнянні Шредингера. На цій основі показано глибоку аналогію між задачею про розсіяння електрона в полі зовнішньої електромагнітної хвилі на стаціонарному атомі і проблемою розсіяння електрона на атомі, який коливається у зовнішньому акустичному полі. Числові розрахунки демонструють осциляційний характер перерізу розсіяння електрона на ридбергівському атомі, який коливається у високочастотному акустичному полі. У межах обраної гідродинамічної моделі завдяки часовій залежності перерізу розсіяння електронів на атомах плазми зміну електронної густини у такій системі описуємо добре відомим у математичній фізиці рівнянням Матьє. На основі цього рівняння теоретично показано принципову можливість виникнення параметричного резонансу у вигляді розгойдування ленгмюрівських коливань у такій системі. Наведено умови виникнення резонансу у ридбергівській плазмі, ініційованого високочастотною акустичною хвилею.
Посилання
Aleksandrov, N.L., Napartovich, N.P., & Pal, A.F. (1990). Amplification of sound waves in a gas-discharge plasma. Fizika plazmy, 16(7), 862-870 (in Russian).
Kuzmina, L.M., Rylyuk, V.M., & Skipa, M.I. (2016). The interaction of acoustic and electromagnetic field in a mixture of electrolytes. Geofizicheskiy zhurnal, 38(2), 98-105. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v38i2.2016.107769 (in Russian).
Landau, L.D., & Lifshits, E.M. (1988). Mechanics. Vol. I. Moscow: Nauka, 210 p. (in Russian).
Ganguly, B.N., Bletzinger, P., & Garscadden, A. (1997). Shock wave damping and dispersion in nonequilibrium low pressure argon plasmas. Physics Letters A, 230(3-4), 218-222. https://doi.org/10.1016/S0375-9601(97)00255-7.
Killian, T.C., Kulin, S., Bergeson, S.D., Orozco, L.A., Orzel, C., & Rolston, S.L. (1999). Creation of an Ultracold Neutral Plasma. Physical Review Letters, 83, 4776-4779. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.83.4776.
Killian, T.C., Lim, M.J., Kulin, S. Dumke, R., Bergeson, S.D., & Rolston, S.L. (2001). Formation of Rydberg Atoms in an Expanding Ultracold Neutral Plasma. Physical Review Letters, 86, 3759-3762. https://doi.org/10.1103/Phys RevLett.86.3759.
Kroll, N.M., & Watson, K.M. (1973). Charged-Particle Scattering in the Presence of a Strong Electromagnetic Wave. Physical Review A, 8, 804-809. https://doi.org/10.1103/PhysRev A.8.804.
Kulin, S., Killian, T.C., Bergeson, S.D. & Rolston, S.L. (2000). Plasma Oscillations and Expansion of an Ultracold Neutral Plasma. Physical Review Letters, 85, 318-321. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.318.
Mante, P.-A., Devos, A., & Le Louarn, A. (2010). Generation of terahertz acoustic waves in semiconductor quantum dots using fem-tosecond laser pulses. Physical Review B, 81, 113305-1-113305-4. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.113305.
Roth, J.R., Sherman, D.M., & Wilkinson, S.P. (2000). Electrohydrodynamic flow control with a glow-discharge surface plasma. AIAA Journal, 38(7), 1166-1172. https://doi.org/10. 2514/2.1110.
Sandeep, S., Heywood, S.L., Campion, R.P., Kent, A.J., & Kini, R.N. (2018). Resonance of terahertz phonons in an acoustic nanocavity. Physical Review B, 98, pp. 235303-1-235303-5. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.235303.
Soukhomlinov, V., Gerasimov, N., & Sheverev, V. (2007). Propagation of sound in glow discharge plasma. Journal of Physics D: Applied Physics, 40(8), 2507-2512.
Soukhomlinov, V.S., Sheverev, V.A., & Ötügen, M.V. (2005). Evolution of a vortex in glow discharge plasma. Physics of Fluids, 17, 058102-058104. https://doi.org/10.1063/1.1897007.
Soukhomlinov, V., Stepaniuk, V., Tarau, C., Ötügen, V., Sheverev, V., & Raman, G. (2002). Acoustic Wave Control Using Glow Discharge Plasma. AIAA Journal, 2002-2731. https://doi.org/10.2514/6.2002-2731.
Robinson, M.P., Tolra, B.L., Noel, M.W., Gallagher, T.F., & Pillet, P. (2000). Spontaneous Evolution of Rydberg Atoms into an Ultracold Plasma. Physical Review Letters, 85, 4466-4469. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.4466.
Adak, A., Robinson, A.P.L., Singh, P.K., Chatterjee, G., Lad, A.D., Pasley, J., & Kumar, G.R. (2015). Terahertz Acoustics in Hot Dense Laser Plasmas. Physical Review Letters, 114, 115001-1-115001-5. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.115001.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Геофізичний журнал
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори зберігають за собою авторські права на роботу і передають журналу право першої публікації разом з роботою, одночасно ліцензуючи її на умовах Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим поширювати дану роботу з обов'язковим зазначенням авторства даної роботи і посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі .
2. Автори зберігають право укладати окремі, додаткові контрактні угоди на не ексклюзивне поширення версії роботи, опублікованої цим журналом (наприклад, розмістити її в університетському сховищі або опублікувати її в книзі), з посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі.
3. Авторам дозволяється розміщувати їх роботу в мережі Інтернет (наприклад, в університетському сховище або на їх персональному веб-сайті) до і під час процесу розгляду її даними журналом, так як це може привести до продуктивної обговоренню, а також до більшої кількості посилань на дану опубліковану роботу (Дивись The Effect of Open Access).
