Oscilación híbrida superior

En física del plasma , una oscilación híbrida superior es un modo de oscilación de un plasma magnetizado . Consiste en un movimiento longitudinal de los electrones perpendicular al campo magnético con la relación de dispersión

${\displaystyle \omega ^{2}=\omega _{pe}^{2}+\omega _{ce}^{2}+3k^{2}v_{\mathrm {e,th} }^{2}}$,

donde (en unidades cgs )

${\displaystyle \omega _{pe}=(4\pi n_{e}e^{2}/m_{e})^{1/2}}$

es la frecuencia del plasma de electrones , y

${\displaystyle \omega _{ce}=eB/{m_{e}c}}$

es la frecuencia del ciclotrón del electrón .

Esta oscilación está estrechamente relacionada con la oscilación del plasma que se encuentra en plasmas no magnetizados o paralelos al campo magnético, donde el término ω _pe surge de la fuerza restauradora electrostática de Coulomb y el término 3 k ² v _e,th ² surge de la fuerza restauradora del electrón. presión. En la oscilación híbrida superior existe una fuerza recuperadora adicional debida a la fuerza de Lorentz . Considere una onda plana donde todas las cantidades perturbadas varían como exp( i ( kx -ω t )). Si el desplazamiento en la dirección de propagación es δ _x , entonces

${\displaystyle v_{x}=-i\omega \delta }$

${\displaystyle f_{y}=nev_{x}B_{z}/c=-i\omega (neB_{z}/c)\delta }$

${\displaystyle v_{y}=-f_{y}/i\omega nm=(eB_{z}/mc)\delta }$

${\displaystyle f_{x}=-nev_{y}B_{z}/c=-(nm)(eB_{z}/mc)^{2}\delta }$

${\displaystyle a_{x}=-\omega _{ce}^{2}\delta }$

Por lo tanto, el campo magnético perpendicular proporciona efectivamente una fuerza restauradora armónica con una frecuencia ωce _, lo que explica el tercer término en la relación de dispersión. Las órbitas de las partículas (o trayectorias de los fluidos) son elipses en el plano perpendicular al campo magnético, alargadas en la dirección de propagación.

La frecuencia de las oscilaciones de longitud de onda larga es un "híbrido", o mezcla, de las frecuencias del plasma de electrones y del ciclotrón de electrones,

${\displaystyle \omega _{h}^{2}=\omega _{pe}^{2}+\omega _{ce}^{2}}$,

y se conoce como frecuencia híbrida superior . También hay una frecuencia híbrida más baja y oscilaciones híbridas más bajas .

Para la propagación en ángulos oblicuos al campo magnético, existen dos modos simultáneamente. Si la frecuencia del plasma es mayor que la frecuencia del ciclotrón, entonces la oscilación híbrida superior se transforma continuamente en la oscilación del plasma. La frecuencia del otro modo varía entre la frecuencia del ciclotrón y cero. De lo contrario, la frecuencia del modo relacionado con la oscilación híbrida superior permanece por encima de la frecuencia del ciclotrón, y el modo relacionado con la oscilación del plasma permanece por debajo de la frecuencia del plasma. En particular, las frecuencias están dadas por

${\displaystyle \omega ^{2}=(1/2)\omega _{h}^{2}\,\left(1\pm {\sqrt {1-\left({\frac {\cos \theta }{\omega _{h}^{2}/2\omega _{c}\omega _{p}}}\right)^{2}}}\right)}$

Ver también

• Oscilación de plasma
• Oscilación híbrida más baja

Para derivar la relación de dispersión de las ondas de ciclotrón de iones en el plasma cuántico utilizamos parámetros del plasma cuántico como la temperatura y la presión de Fermi y la compensación de la longitud de onda de debroglie en el plasma cuántico.