Корреляционные эффекты в плазменных средах

• Автор: Филинов, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 92 с. : ил.; 19х14 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Исследования термодинамических и транспортных свойств плотных плазменных сред являются актуальными для решения многих фундаментальных и прикладных задач современной физики. Традиционно под плотными плазменными средами понимается равновесная плазма, возникающая в результате ионизации атомов и молекул разных веществ при высоких температурах или давлениях. Однако в настоящее время, помимо термической плазмы, большой интерес вызывают исследования свойств электронно-дырочной плазмы в полупроводниках, электронного газа в металлах, заряженных частиц в различных ловушках и накопительным кольцах, кластеров заряженных частиц в мезоскопических квантовых точках, заряженных пылинок в плазме газового разряда и так далее.
Интерес к термической плазме особенно вырос в последние годы, когда импульсному эксперименту стали доступны состояния с высокими удельными концентрациями энергии. Знание термодинамических свойств важно для создания мощных плазменных энергетических установок и установок инерциального термоядерного синтеза, генерации вещества с высокой плотностью энергии и разработки соответствующей диагностики, интерпретации наблюдений звезд и зондирования гигантских планет.
Электронно-дырочная плазма является весьма удобным экспериментальным объектом для проверки теоретических и численных моделей неидеальных плазменных сред, поскольку относительно легко может быть создана в кристаллах редкоземельных галогенидов умеренным внешним давлением или с помощью лазерного возбуждения полупроводников. Кроме того, в литературе обсуждаются возможность создания на основе электронно-дырочных плазменных сред высокотемпературных сверхпроводников и всевозможных устройств электронной техники.
Цель работы. Представленная работа, в основном, посвящена исследованию влияния корреляционных эффектов на термодинамические свойства сильно неидеальных плазменных сред. Традиционные аналитические методы теории возмущений в этих условиях не применимы в виду отсутствия малых физических параметров, поэтому работа направлена на:

из электронов [53] ведутся активные поиски этого физического явления в природе. Кристаллизация электронов наблюдалась на поверхности гелия [54], ее можно ожидать в полупроводниковых квантовых точках [55]. Ионные кристаллы наблюдались в ловушках [56] и накопительных кольцах [57]. Для существования кристаллического состояния в плазме необходимо, чтобы средняя кулоновская энергия отталкивания частиц е2/г (г — среднее межчастичное расстояние), существенно превосходила их среднюю кинетическую энергию (термическую энергию |квТ или энергию Ферми Ер в классической или квантовой плазме). Отношение средней кулоновской энергии частиц к их средней кинетической энергии обозначается символом Г. Для кристаллизации необходимо, чтобы величина Г была больше Г“-, которая в классической однокомпонентной плазме (ОКП) равна 175 (137) в 3d (2d) плазме [54, 58]. В квантовой ОКП при нулевой температуре неидеальность характеризуется параметром Бракнера rse = т/ав (&в обозначает эффективный радиус Бора, а г — среднее расстояние между электронами). Кристаллизация происходит, если rse превосходит критическое значение г" «33 (100) in 2d (3d) [55, 59].
Однако кулоновские системы частиц во Вселенной в основном представлены нейтральной плазмой, содержащей, по крайней мере, две противоположно заряженные компоненты (ДКП). Кулоновская кристаллизация в ДКП наблюдалась в металлах, коллоидной и пылевой плазме [60, 61]. Кристаллизация ДКП предсказана в лазерно-охлаждаемой расширяющейся плазме [62]. Как правило, кристалл образуется тяжелыми зарядами, погруженными в безструктурный газ легких зарядов противоположного знака. Как ожидается, помимо классического кристалла может существовать квантовый ДКП кристалл в недрах умирающих звезд [63]. Возникает вопрос, что общего и в чем различия фазовых диаграмм классических и квантовых ДКП кристаллов, разделенных по плотности на 15.. .20 порядков, и каковы критические параметры, определяющие области существования кристаллов.

Качественные оценки

Для качественных оценок области существования ДКП кристалла можно воспользоваться данными для классической и квантовой однокомпонентной плазмы. В ОКП существует кристалл, если Г > Гст и электроны достаточно слабо экранируют взаимодействие тяжелых зарядов. В ДКП электроны и дырки мо-