超冷中性等离子体中的强耦合模拟研究

Ultracold neutral Plasma is a new type of plasma with the development of laser cooling, and it expands the plasma research. It is strongly coupled at low temperature and low density, so the strongly coupled physics can been studied in a slow process. The ultracold plasma is considered as one of the new excellent research platform to study strongly coupled plasma physics. Increasing the coupling coefficient of ultracold plasmas is by far the largest challenge and opportunity in this area, but the present simplified simulations for the experiments cannot provide reliable results. This research will concentrate on molecular dynamics simulation of strongly coupled plasmas through the further development of existing theories and methods, and improve the numerical model with studying the effect of interactions between particles. So we can understand why one particular simulation cannot be consistent with experiment, and achieve the purpose of predicting new observable phenomena. By simulating with real physical parameters, we will find the heating mechanism of ions, and reduced ion temperature, so more strong ion coupling can be achieved. We also study the exact effect of the coupling coefficient for many other physical processes.

超冷中性等离子体是随着激光冷却技术的发展而出现的一类新的等离子体，它的出现拓展了等离子体的研究领域。它是在低温低密度下实现的强耦合等离子体，可以"化快为慢"研究强耦合过程，是现有强耦合等离子体研究平台的优秀的必不可少的补充。提高超冷等离子体中的耦合系数是这个领域目前最大的挑战和机遇，而目前简化的各种模拟无法为实验探索更强的耦合提供可靠依据。本项目的研究将主要集中在超冷中性强耦合等离子体的分子动力学模拟上，通过进一步发展现有的理论与方法，完善数值模型，研究粒子之间相互作用的效应，理解特定模拟无法符合实验的原因，达到可以预言新的可观测现象的目的。通过模拟，在真实物理参数条件下，寻找对离子的各种加热机制，并探索降低离子温度，实现更强离子耦合的方法；并基于已实现的耦合强度下，研究超冷等离子体中的强耦合特色行为，得到耦合系数对物理过程的确切影响。

超冷中性等离子体是随着激光冷却技术的发展而出现的一类新的等离子体，它的出现拓展了等离子体的研究领域。它是在低温低密度下实现的强耦合等离子体，可以"化快为慢"研究强耦合过程，是现有强耦合等离子体研究平台的优秀的必不可少的补充。分子动力学模拟在超冷强耦合等离子体模拟领域经过多年的发展，虽然已经在解释和预判各种物理过程上取得了很大的成功，但也还存在着很多不足和问题，尤其是在寻找实现更强耦合方案上不能提供合理建议，有待更进一步的研究、发展和完善。本项目使用分子动力学模拟，探索实现更强耦合方法，并对超冷强耦合等离子体中的特色物理过程进行进一步研究。本项目执行过程中，项目组成员与国内的实验和理论组进行了广泛的合作和交流，取得了一些成果，包括实现了获得大规模并行处理真实体系能力；发现真实离子质量下，电子对离子加热效应不明显；完美的结构光场可以实现对DIH的抑制，并与具体构型无关，但是可以实际获得的具有占空比的结构光场，无法有效抑制DIH；超冷等离子体建立后电子温度存在径向梯度且产生机制尚不不明；激光场中原子阈上电离过程的相关解释等等。