時間：2019/11/6 8:52:09
來源：文匯報 作者：王宇 選稿：東方網教育頻道 陳樂 夏荔
近日，東華大學理學院應用物理系杜誠然特聘研究員課題組與德國宇航中心空間材料研究所、馬普學會地外物理研究所合作，在地面實驗室首次實現了二元複雜等離子體非晶態系統，揭示了顆粒動力學與局域結構的關聯。研究結果以"準二維二元複雜等離子體中的慢動力學（Slow Dynamcs in a Quasi -Two-Dimensional Binary Complex Plasma）"為題發表在國際著名期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。
PRL報導杜誠然研究員課題組最新成果
複雜等離子體，也被稱為塵埃等離子體，是由電離氣體中的電子、離子、中性氣體和固體介觀顆粒組成的一種特殊物質。
複雜等離子體具有顆粒宏觀可見、運動直接可測的特點，作為軟物質模型系統，是一種以宏觀可視手段揭示各種微觀複雜過程的內在物理機制、發現新物理現象的天然"物理模擬器"。
自從1994年在實驗室首次發現等離子體晶格以來，複雜等離子體物理研究主要集中在具有規則結構的等離子體晶體與動力學溫度高於熔點的等離子體液體中。非晶態複雜等離子體系統很難被實現，其物理特性也缺少系統的研究。
杜誠然研究員團隊與合作者在實驗室真空放電腔中利用二種不同直徑和材質的介觀顆粒形成一個混合二元複雜等離子體，成功抑制了系統結晶，並在重力與鞘層電場的協同作用下懸浮於電極上方形成一個準二維非晶態系統。
由於鞘層離子尾流作用，顆粒相互作用表現出違反牛頓第三定律的特徵。利用雷射顯微技術記錄顆粒的慢動力學過程，計算中間散射函數（intermediate scattering function），並結合系統的局域結構，揭示α弛豫過程與結構的關聯。基於複雜等離子體低阻尼耗散的特性，實驗上實現複雜等離子體非晶態系統，為同時研究處於兩個不同時間尺度的α弛豫過程與β弛豫過程提供了可能。
杜誠然研究員執行拋物線飛行微重力實驗任務
近年來，杜誠然研究員團隊與合作者利用地面實驗室裝置GEC與國際空間站微重力實驗裝置PK-3Plus及PK-4，開展了多項複雜等離子體實驗與模擬工作，研究了在重力限制條件下的二維及準二維系統和在零重力條件下的三維系統中的相互作用特性、波動演化、結晶過程等物理現象，並發表一系列研究論文，發表在《歐洲物理快報》（Europhysics Letters）上的論文（EPL,117,25001,2017）入選期刊年度亮點（Highlights of 2017）。
該工作得到了國家自然科學基金、東華大學特聘研究員啟動資金等資助。
杜誠然，1984年12月出生，東華大學理學院特聘研究員，畢業於慕尼黑大學，獲summa cum laude博士學位榮譽，曾任馬普學會地外物理研究所項目科學家、德國宇航中心客座研究員，現為歐洲宇航局國際空間站微重力複雜等離子體PK-4項目科學專家組成員，上海物理學會青年工作委員會委員；主要從事地面實驗室和空間站微重力複雜等離子體物理的實驗和數值模擬研究，2017年獲上海市五四青年獎章；近年來，在SCI收錄期刊上發表論文20餘篇，其中2篇論文入選英國物理學會IOP期刊的年度亮點，主持國家自然科學基金、LAM Research Unlock Ideas Campaign等多個研究項目和課題。