امواج هیدرومغناطیسی کوانتومی در یک پلاسمای مختلط اسپینی

مهرآمیز, احمد; لطفی, حسین; محمدحسینی, بابک

doi:10.22055/jrmbs.2021.16811

امواج هیدرومغناطیسی کوانتومی در یک پلاسمای مختلط اسپینی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

¹ گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

² گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بین المللی امام خمینی‌‌ (ره)، قزوین، ایران

³ دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

10.22055/jrmbs.2021.16811

چکیده

در این مقاله، امواج هیدرومغناطیسی در محیط پلاسمای مختلط تبهگن و مغناطیده با در نظر گرفتن نیروهای کوانتومی مربوط به اسپین الکترون و پتانسیل‌های کوانتومی یون‌ها و الکترون‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. از معادلات سیالی با تصحیحات کوانتومی ناشی از افت و خیز چگالی و انرژی مغناطش اسپین برای بدست آوردن رابطة پاشندگی کلی استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهند که تصحیحات کوانتومی و حضور ذرات غبار باعث تغییر قابل توجهی در خواص پاشندگی این مدهای موجی می‌شود. به طوری که هرچه جرم ذره غبار کوچک‌تر باشد پاشندگی افزایش می‌یابد. همچنین تصحیح ناشی از افت و خیز چگالی یون‌ها و الکترون‌ها، تاثیر بسزایی بر پاشندگی امواج دارد و باعث پدیدار شدن جملاتی غیر خطی در رابطة پاشندگی می‌شود. علاوه بر این، تاثیر اسپین الکترون به گونه ای ظاهر می‌شود که از سهم دیگر پتانسیل‌های‌ کوانتومی بر پاشندگی مدهای موجی بکاهد. در پایان برخی حالت‌های ویژه بررسی می‌گردند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Quantum hydromagnetic waves in a spin complex plasma

نویسندگان [English]

ahmad mehramiz ¹
Hossein Lotfi ² ³
Babak Mohammadhoseini ¹

¹ Department of Physics, Faculty of Science, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

² Department of Physics, Faculty of Science, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

³ Faculty of Physics, Tabriz University, Tabriz, Iran

چکیده [English]

In this paper, the hydromagnetic waves are studied in a degenerate complex magnetoplasma environment taking into account the quantum forces related to the electron spin and the quantum potentials of the ions and electrons. To this end, a modified quantum fluid formalism including the quantum density fluctuations and spin magnetization energy is employed to analyze the dispersive properties of the wave modes. The results show that the presence of dust particles as well as quantum corrections significantly alter the behavior of the waves. In other words, the dispersion of waves decreases with the mass of dust particles. Also, the corrections due to the density fluctuations of ions and electrons have significant effects and introduce non-linear terms in the dispersion relation. In addition, the effect of the electron spin reduces the contribution of other quantum potentials on the dispersion of wave modes. Finally, some special limiting cases are discussed.

کلیدواژه‌ها [English]

Complex plasma
Spin effect
Hydromagnetic waves
Dispersion relation

مراجع

[1] V.E. Fortov, A.V. Ivlev, S.A. Khrapak, A.G. Khrapak, G.E. Morfill, Complex (dusty) plasmas, Physics reports 421 (2005) 1. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2005.08.007

[2] V.N. Tsytovich, G.E. Morfill, H. Thomas, Elementary Physics of
Complex Plasmas, Springer, Berlin, (2006). https://www.springer.com/gp/book/9783540290001

[3] P.K. Shukla, A.A. Mamun, Introduction to Dusty Plasma Physics, Institute of Physics, Bristol, (2002). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0741-3335/44/3/701

[4] P.K. Shukla, V.P. Silin, Dust ion-acoustic wave, Physica Scripta, 45 (1992) 508. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-8949/45/5/015/pdf

[5] N.N. Rao, P.K. Shukla, M.Y. Yu, Dust-acoustic waves in dusty plasmas, Planetary and space science 38 (1990) 543. https://doi.org/10.1016/0032-0633(90)90147-I

[6] R.K. Verma, P.K. Shukla, V. Krishan, Electrostatic oscillations in the presence of grain-charge perturbations in dusty plasmas. Physical Review E, 47 (1993) 3612. https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.47.3612

[7] P.K. Shukla, Shielding of a slowly moving test charge in dusty plasmas. Physics of plasmas, 1 (1994) 1362. https://doi.org/10.1063/1.870736

[8] S. Ghosh, G.R. Sharma, P. Khare, M. Salimullah, Modified interactions of longitudinal phonon–plasmon in magnetized piezoelectric semiconductor plasmas. Physica B: Condensed Matter, 351 (2004) 163-170. https://doi.org/10.1016/j.physb.2004.06.001 [9] N.N. Rao, Hydromagnetic waves and shocks in magnetized dusty plasmas. Planetary and space science, 41 (1993) 21. https://doi.org/10.1016/0032-0633(93)90013-R

[10] N.N. Rao, Magnetoacoustic modes in a magnetized dusty plasma. Journal of Plasma Physics, 53 (1995) 317. https://doi.org/10.1017/S0022377800018237

[11] P.K. Shukla, H.U. Rahman Magnetohydrodynamics of dusty plasmas. Physics of Plasmas, 3 (1996) 430. https://doi.org/10.1063/1.871816

[12] A.A. Mamun, P.K. Shukla, Cylindrical and spherical dust ion–acoustic solitary waves. physics of plasmas, 9 (2002) 1468. https://doi.org/10.1063/1.1458030

[13] R.L. Merlino, J.A. Goree, Dusty plasmas in the laboratory, industry, and space. Physics Today, 57 (2004) 32. https://doi.org/10.1063/1.1784300

[14] A.A. Mamun, P.K. Shukla, Shear Alfvén-like waves in a weakly ionized self-gravitating nonuniform dusty magnetoplasma. Physics of Plasmas, 8 (2001) 3513. https://doi.org/10.1063/1.1378326

[15] P.A. Makowich, C.A. Ringhofer, C. Schmeiser, Semiconductor Equations, Springer, Vienna, (1990). https://www.springer.com/gp/book/9783211821572

[16] M. Shahmansoori, Effect of exchange potential on the electrostatic waves in quantum semiconductor plasmas, Journal of research on many-body systems 13 (2017) 95-103. 10.22055/JRMBS.2017.20502.1258

[17] Y.D. Jung, Quantum-mechanical effects on electron–electron scattering in dense high-temperature plasmas. Physics of Plasmas, 8 (2001) 3842. https://doi.org/10.1063/1.1386430

[18] F.A. Asenjo, The quantum effects of the spin and the Bohm potential in the oblique propagation of magnetosonic waves. Physics letters A, 376 (2012) 2496-2500. http://dx.doi.org/10.1016/j.physleta.2012.06.023

[19] D. Kremp, Th. Bornath, M. Bonitz, M. Schlanges Quantum kinetic theory of plasmas in strong laser fields. Physical Review E, 60 (1999) 4725. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.60.4725

[20] S. Ali, P.K. Shukla, Dispersion properties of compressional electromagnetic waves in quantum dusty magnetoplasmas. Physics of plasmas. 13 (2006) 052113. https://doi.org/10.1063/1.2201535

[21] M. Marklund, G. Brodin, Dynamics of Spin-1/2 quantum plasmas. Physical review letters, 98 (2007) 025001. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.025001

[22] R.K. Pathria, Statistical mechanics, Butter worth, (2011). https://www.elsevier.com/books/statistical-mechanics/beale/978-0-08-054171-6

[23] P.K. Shukla, Compressional magnetoacoustic waves in a quantum dusty mgnetoplasma. Journal of Plasma Physics, 74 (2008) 107. https://doi.org/10.1017/S0022377807006642

[24] H. Lotfi, A. Mehramiz, Effect of quantum forces on electromagnetic ion waves in a spin quantum plasma, Journal of research on many-body systems, 8 (2017) 115-122. 10.22055/JRMBS.2018.13643

[25] A. Mehramiz, E. Sh. Soleimani, Dispersion of magneto-acoustic waves in a quantum plasma, Iranian Journal of Physics Research, 18, (2018) 229-234. https://dx.doi.org/10.29252/ijpr.18.2.229

[26] N.N. Rao, Low-frequency waves in magnetized dusty plasmas. Journal of plasma physics 49 (1993) 375-393. https://doi.org/10.1017/S002237780001707

[27] F.F. Chen, Introduction to plasma Physics and controlled fusion, Springer, Switzerland, (2016). https://iopscience.iop.org/journal/0741-333