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我院教师首次通过实验发现低气压等离子体中的辉光条纹现象


发布时间:2016-06-27    来源:    点击量:




日前,在国家自然科学基金项目(资助号:11335004和 11405018)资助下,我校物理与光电工程学院、三束材料改性教育部重点实验室青年教师刘永新博士首次在实验上观察到射频电负性等离子体中的辉光条纹现象,并与美国西弗吉尼亚大学、匈牙利魏格纳物理所和德国鲁尔大学的学者合作进行粒子模拟,证实了该实验观察到的结果,并给出了合理的物理诠释,见下图。该成果以“Experimental Observation and Computational Analysis of Striations in Electronegative Capacitively Coupled Radio-Frequency Plasmas”为题,发表在物理学顶级期刊——物理评论快报【Physical Review Letters 116, 255002 (2016)】上。论文链接:http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.116.255002。

           (a)实验测量到的电子碰撞激发率与                 (b)粒子模拟得到的电子电离率

辉光条纹作为一种自组织形式的放电现象,呈现明暗相间的辉光区域,常见于大气压电正性气体放电中。但这次,刘永新博士在低气压电负性气体(CF4)放电中首次发现了这种辉光条纹现象,并通过计算机模拟揭示了这种现象背后存在的全新的物理机制。研究表明:与电正性气体 (如Ar气)放电不同,电负性气体放电形成的等离子体是离子-离子等离子体(即以正离子和负离子的形式存在)。如果离子密度足够大,正负离子在射频电场的作用下,与之共振产生辉光条纹。这种新的物理机理具有普遍性,也可以用来解释其它离子-离子射频等离子体中的类似现象。此次新现象的发现不仅是等离子体物理基础研究方面的一个重要进展,而且对工业上常用等离子体材料表面处理工艺(如大规模集成电路制造工艺)具有十分重要的指导意义。

刘永新博士于2008年7月在我校获得应用物理学学士学位,同年经免试推荐到等离子体物理专业直接攻读博士学位。因科研成绩突出,于2013年10月留校任教。在博士期间,刘永新在长江学者王友年教授的指导下,主要从事容性耦合等离子体中电子加热机制的研究,并取得了一些国际领先的成果。曾2011年首次在实验上证实了一种新的电子加热机制“反弹共振加热”的存在,该成果发表在Physical Review Letters【107, 055002 (2011)】上,并多次在国内外会议上作邀请和口头报告,研究成果受到国际同行的广泛关注。

Physical Review Letters是物理学领域的顶级国际期刊,在物理学领域排名第一,主要是以快报的形式刊登物理学领域一些前沿性的重要研究工作。

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