Erősen csatolt sokrészecske-rendszerek szimulációja
Title in English
Simulation of strongly coupled many-body systems
Keywords in Hungarian
soktest-probléma, kollektív jelenségek, transzport jelenségek, számítógépes szimuláció
Keywords in English
many-body problems, collective phenomena, transport properties, computer simulation
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Physics
Department or equivalent
Laser Physics Dept. (Research Institute for Solid State Physics and Optics Hung. Acad. Sci.)
Participants
Hartmann, Péter Kutasi, Kinga
Starting date
2006-01-01
Closing date
2009-06-30
Funding (in million HUF)
3.024
FTE (full time equivalent)
5.46
state
closed project
Summary in Hungarian
Célunk olyan sokrészecske-rendszerek számítógépes szimulációkra épülő vizsgálata, amelyekben a részecskék elektromos töltése miatti potenciális energia lényegesen felülmúlja a kinetikus energiát. A plazmafizika mellett ilyen, ú.n. „erősen csatolt” rendszerek a fizika több területén, pl. kolloidfizika, szilárdtestfizika, asztrofizika is előfordulnak. A rendszerek fontos tulajdonsága, hogy a (átlagos potenciális és kinetikus energia arányát kifejező) csatolási paraméter növelésével (ami pl. a hőmérséklet csökkentésével érhető el) folyadékokra jellemző tulajdonságokat mutatnak, majd pedig kristályos állapotba kerülnek. A tervezett kutatások fő céljai (1) Coulomb és Yukawa potenciállal jellemezhető rendszerek statikus jellemzőinek, elemi dinamikájának és kollektív viselkedésének tanulmányozása, (2) poros plazmákban ferromágneses részecskék jelenlétében fellépő kollektív jelenségek vizsgálata, (3) transzportjelenségek vizsgálata 2-dimenziós rendszerekben, valamint (4) bipoláris kettősrétegek (két rétegben ellentétes előjelű töltéseket tartalmazó rendszerek) kollektív jelenségeinek vizsgálata.
Summary
The aim of the project is to investigate through computer simulations many-particle systems in which the potential energy arising from the electrical charge of the particles dominates over the kinetic energy of the particles. Besides plasma physics such “strongly-coupled” systems also appear in colloid physics, condensed matter physics, and astrophysics. With an increasing coupling parameter – defined as the ratio of the average potential energy per particle to the average kinetic energy per particle – the systems exhibit liquid-like properties, and finally crystallize at low enough temperatures. Planned studies include (1) investigation of the static properties, elementary dynamics and collective excitations of many-particle systems characterized by Coulomb and Yukawa potentials, (2) exploration of collective modes arising in systems of ferromagnetic grains in dusty (complex) plasmas, (3) simulation of transport phenomena in two-dimensional systems, as well as (4) investigation of the collective modes of bipolar bilayer systems (containing oppositely charged particles in two layers).
Final report
Results in Hungarian
A pályázat keretében végzett munkánk a gázkisülés- és plazmafizika egyes rendszereinek, illetve alapjelenségeinek megértését célozta, nagyrészt a numerikus modellezés és szimulációk által nyújtott lehetőségek kihasználásával. A modellezés mellett kísérleteket is végeztünk eredményeink ellenőrzésére, valamint számítási eredményeinket együttműködő csoportok elméleti, illetve kísérleti eredményeivel hasonlítottuk össze. Az alacsonyhőmérsékletű egyenáramú gázkisülések területén vizsgáltuk az elektronok kinetikáját egyszerű gázokban és komplex gázelegyekben (pl. levegő), elemeztük a gázkisülések modelljeinek korlátait, hiányosságait, foglalkoztunk különleges, pl. gyors atomok általi gerjesztési folyamatokkal. Rádiófrekvenciás gerjesztésű gázkisülésekben vizsgáltuk az elektronok fűtési folyamatait, a plazma tér- és időbeli fejlődésének sajátosságait, valamint annak lehetőségeit, hogy az elektródákra érkező ionok fluxusa és energiája miként állítható be egymástól függetlenül (ez a plazmaalapú megmunkálási folyamatok szempontjából elsődleges fontosságú). A komplex plazmák (erősen csatolt sokrészecske-rendszerek) kutatása területén Yukawa és Coulomb kölcsönhatási poteciállal jellemezhető rendszerek leírásával foglalkoztunk. Kétdimenziós rendszerekre vizsgáltuk a szilárd-folyadék fázisátalakulást, a transzportjellemzőket és a kollektív gerjesztéseket.
Results in English
In the framework of the project our aim had been to understand the characteristics of systems in gas discharge and plasma physics, by means of numerical modeling and simulations. In order to confirm our modeling results we have also carried out experimental studies, or have cross-checked our results with experimental and/or theoretical results of collaborating partners. In our studies of low pressure steady state gas discharges we have examined the electron kinetics in simple gases as well as in complex gas mixtures (like air), we have clarified the limitations of gas discharge models, and investigated special (e.g. fast atom impact) excitation processes in gas discharges. We have studied the electron heating mechanisms in radiofrequency-excited discharges, the peculiarities of spatial and temporal development of discharge characteristics and the possibilities of the independent control of the energy and flux of ions reaching the surface of the electrodes. These properties play a key role in the plasma-suface interaction in processing plasmas. In the field of strongly coupled plasmas we have investigated many-particle systems characterized by Coulomb and Yukawa interaction potentials. We have studied the solid-liquid phase transition, transport processes, as well as collective excitations in two-dimensional systems.
