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专题：应用磁学

布里渊光散射光谱及其应用

王悦齐，郭梦莹，王棋

物理学报, 2025, 74(23):237201

doi：10.7498/aps.74.20251162

cstr：32037.14.aps.74.20251162

综述了布里渊光散射(Brillouin light scattering，BLS)技术的基本原理、发展历程及实验装置演化，并深入探讨了其在现代科学研究中的多领域应用。BLS技术基于光子与材料中元激发(如磁子、声子)的非弹性散射过程，通过精确测量散射光的频移，可获取这些准粒子的能量、动量及相互作用等关键物理信息。自1914年布里渊首次提出理论预测以来，BLS技术经历了显著的技术演进：从早期仅能实现单一波矢的选择性测量，逐步发展为兼具微米级空间分辨率、纳秒时间分辨率和相位测量能力的高精度表征手段。这一技术演化过程不仅拓展了布里渊光散射在凝聚态物理研究中的应用范围，更使其成为研究磁子动力学和声子输运现象的重要工具。本文详细阐述了串联法布里-珀罗干涉仪的工作原理及其在BLS高精度光谱分析中的核心作用，并结合近年来一系列前沿研究案例，系统展示了BLS技术在自旋波色散关系测量、非互易传播特性研究、非线性动力学表征、磁声耦合效应，以及生物力学分析等领域的独特优势。随着BLS技术的持续优化及其与新兴表征方法的交叉融合，布里渊光散射作为一种多维度、高灵敏度的光学无损探测平台，将在材料科学、量子信息、生物医学等前沿领域发挥更加关键的作用。

图1 布里渊光散射技术的历史发展里程碑及标志性成果

同行评价

本文从布里渊光散射的概念和原理出发，详细介绍了该技术的发展和广泛应用，客观评价了多种布里渊光散射系统的优势和缺点。作为一种先进的无损光学表征方法，布里渊光散射技术在材料科学、物理学和生物医学等多领域具有不可替代的作用，论文能够为相关领域工作者提供实用测量和研究指导。

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磁场梯度对旋转辐条不稳定性的影响

杨三祥，刘超，郭宁，王正汹

物理学报, 2025, 74(23):235214

doi：10.7498/aps.74.20251010

cstr：32037.14.aps.74.20251010

旋转辐条作为一种低频、长波长不稳定性，广泛存在于磁控管、霍尔推力器等放电装置中。霍尔推力器中旋转辐条表现为位于放电通道中的明亮发光区域沿着角向旋转。旋转辐条不稳定性引起的空间电势扭曲，提高了在E ×B 作用下沿电势等势线漂移运动的电子到达阳极的概率，增加了电子的轴向输运。本文利用轴向-角向的二维粒子-流体混合模型研究了霍尔推力器放电通道中的轴向磁场梯度对旋转辐条不稳定性的影响。采用包含等离子体密度梯度和磁场梯度效应的色散关系，结合模拟得到的离子密度分布、电势分布、电场分布对模拟结果进行分析。模拟结果表明，随着放电通道内磁场梯度的减小，模数m = 1的旋转辐条不稳定性的频率和传播速度会轻微的增大，但不会对旋转辐条的传播方向和本质特征产生影响。结合色散关系的分析结果表明，密度梯度和磁场梯度共同驱动的角向漂移不稳定性是旋转辐条的诱发因素。磁场改变引起的离子密度分布的变化对诱发旋转辐条的角向漂移不稳定性出现的轴向位置有轻微的影响，但始终位于推力器出口下游附近。结果表明旋转辐条不稳定性不属于电离不稳定性，且改变放电通道内的磁场分布不会对旋转辐条的传播方向和模数产生影响。本研究结果为明确旋转辐条的激发机制及其影响因素提供了理论支撑。

图1 由密度梯度和磁场梯度驱动的不稳定性的增长率(a)，频率(b)，以及相速度(c)；(b)，(c)中的阴影区域表示旋转辐条不稳定性典型的频率范围和相速度范围，分别为5—25 kHz和1200—2800 m/s

同行评价

本文从粒子混合模拟和色散关系两方面研究了辐条不稳定性的理论和激发机制，有创新性，研究内容丰富。

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专题：低温等离子体非平衡输运与主动调控

填充床介质阻挡放电火星CO₂放电特性

马乂辰，王语菲，王婷婷，曹亚文，李正清，谭畅

物理学报, 2025, 74(23):235212

doi：10.7498/aps.74.20251061

cstr：32037.14.aps.74.20251061

火星原位资源利用是当前深空探测领域的研究热点之一。采用低温等离子体技术可实现火星大气高浓度CO₂的原位转化，具有环境适应性强、系统效率高等诸多优势。本研究使用一套同轴填充床介质阻挡放电反应器开展了火星大气CO₂放电特性研究，探究了SiO₂与Al₂O₃填充材料对二氧化碳转化性能及能耗的影响。与空管放电相比，采用不同的填充材料会显著影响等离子体的放电特性。在放电区内填充Al₂O₃材料提升了电场强度，促进了CO₂的转化和氧气的生成，实现了12.18%的CO₂转化率，最低能耗为0.36 kWh/g。通过发射光谱诊断和数值计算发现，增加放电功率和填充Al₂O₃提升了平均电子能量，通过非平衡振动激发态的生成促进了CO₂的活化和转化。研究结果表明，选择合适的填充材料可以有效提升等离子体火星CO₂转化过程的能量效率。本研究为后续低温等离子体技术在火星大气原位转化领域的应用提供了一定的理论和实验支撑。

图1 不同工况下放电功率对平均电子能量的影响

同行评价

论文基于未来深空探测任务中对于能源生保物资原位制备的需求，开展了填充床介质阻挡火星大气分解制氧研究。设计严谨、方法先进、论证充分，有助于提升等离子体技术在深空资源原位利用中的应用潜力。

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专题：低温等离子体非平衡输运与主动调控

氩气感应耦合等离子体非平衡特性分析

张晖，韩宁，孟显，曹进文，孙文进，李梦天，耿金越，黄河激

物理学报, 2025, 74(23):235215

doi：10.7498/aps.74.20251186

cstr：32037.14.aps.74.20251186

受制于感应耦合等离子体(ICP)发生器内极高温度、有限空间以及电磁场与化学反应的复杂耦合，实验方法在揭示发生器内电磁场与流场的相互作用及放电特性方面存在较大局限，数值模拟因而成为研究该类问题的重要手段。本研究以氩气ICP为研究对象，利用COMSOL在平衡态(LTE)与非平衡态(NLTE)假设下建立二维模型，比较两者在温度场与能量耦合特性上的差异。结果表明，在千帕级压力下，LTE下温度峰值约8200 K，高温区范围更大且集中于线圈区域。而NLTE最高温度仅约5990 K，且分布偏移至下游；同时，轴心区域以基态氩为主，线圈附近激发态与离子分数升高，表明能量沉积与粒子转化主要集中在趋肤层。进一步分析不同压力下中心线分布发现，随压力降低，电子与气体温度差值增大，体系热非平衡特征显著增强。研究揭示了千帕级压力下ICP放电过程中的电磁-热-流动耦合机制及其非平衡特征。结果表明，在千帕级压力模拟中，NLTE模型能更准确地捕捉能量耦合与温度分布的关键特征，为高焓风洞等应用中的ICP数值模拟提供了模型选择依据。

图1 感应耦合等离子体发生器结构示意图

同行评价

本文选题具有明确的学术价值和工程应用背景。千帕级压力是ICP在高焓风洞等领域的重要工作区间，厘清该区间等离子体的热力学状态对精确模拟和实验设计至关重要。本文研究方法合理，论证过程清晰，结构完整，结论也得到了模拟结果的有力支持，对从事相关领域研究的科研人员具有参考价值。

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《物理学报》2025年第23期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2025/23