淬火二維微粒電漿液體中局域整齊區塊之演化｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	楊基 Chi Yang
論文名稱：	淬火二維微粒電漿液體中局域整齊區塊之演化 Evolution of local ordered domains in quenched 2D dusty plasma liquids
指導教授：	伊林 Lin I
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 物理學系 Department of Physics
畢業學年度：	99
語文別：	英文
論文頁數：	77
中文關鍵詞：	微粒電漿
外文關鍵詞：	dusty plasma
相關次數：	點閱：12 下載：0
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玻璃形成液體的微觀結構與微觀動力學是個有趣且重要的議題。在過去的玻璃形成液體研究之中，動力異質性（即為共存的侷限顫動和侷限跳躍運動）以及其結構相關之起源受到廣大的關注。在液體淬火之後，結構整齊度會隨著增長等待時間而增長，導致被缺陷團簇所分隔開來的局域整齊區塊也隨之形成。除此之外，粒子運動之間的關聯性也由於熱擾動在低溫狀態下被抑制而提昇。因此，在玻璃形成液體中，粒子可以影響它周圍的粒子進而形成帶狀運動，而不僅僅只有線狀的崩盤合作侷限跳躍運動。然而，局域整齊區塊的演化以及合作的粒子運動之間的關係至今仍是難以捉摸的。
在這工作中，我們淬火一個由懸浮於低氣壓氬氣射頻游離之帶電微粒所形成的二維微粒電漿液體，並直接使用光學顯微鏡去研究局部整齊區域在時空中的演化。局域整齊區塊可藉由鍵方向次序來認定。利用我們新開發的量測，集體性的粒子激發運動則可以被分類為旋轉激發運動、伸長運動、壓縮運動、以及剪切運動。這個新量測方法是考慮由兩個相鄰最近的粒子所形成之等效鍵的靜態與動態行為。除此之外，它可以認定局域應變在局域整齊區塊演化過程中的空間分佈。最後，我們利用粒子激發運動之間的轉換來探討一個二維淬火液體之中的二維結構重整的機制。

The　micro-structure　and　micro-dynamics　of　glass-forming　liquids　are　interesting　and　important　issues.　The　dynamical　heterogeneity,　which　is　the　coexistence　of　cage　rattling　and　cage　jumping　of　particle,　and　its　structural　origin　have　attracted　much　attention　in　the　glass-forming　liquid.　It　is　also　found　that　the　structural　order　increases　with　the　increase　of　waiting　time　after　quenching,　resulting　in　the　formation　of　local　ordered　domains　separated　by　defect　clusters.　Furthermore,　the　particle　motions　become　strongly　correlated　due　to　the　suppression　of　thermal　agitation　at　low　temperature.　Instead　of　string-like　avalanche　cooperative　cage　jumping　in　liquid,　particles　can　affect　their　neighbors　and　form　band-like　motion　in　the　glass-forming　liquid.　However,　the　relation　between　the　evolution　of　local　ordered　domains　and　the　cooperative　particle　motions　is　still　elusive.
In　this　work,　the　spatiotemporal　evolution　of　local　ordered　domains　and　structural　rearrangement　in　a　quenched　2D　dusty　plasma　liquid　formed　by　the　charged　dust　particles　suspended　in　a　low　pressure　argon　rf　discharge　are　experimentally　investigated　through　direct　optical　microscopy.　The　local　ordered　domains　are　identified　by　the　bond　orientational　order　of　particle.　The　collective　excitations　of　particles　are　classified　into　vortical　excitation,　elongation,　compression,　and　shear　motion　by　our　new　measurement　associated　with　the　effective　bond　connecting　pair　of　the　nearest　neighbor　particles.　It　is　found　that　the　local　ordered　domains　can　be　ruptured　by　the　small　spatial　scale　collective　excitations　of　particles.　Our　new　measurement　not　only　characterizes　the　collective　excitations　of　particles,　but　also　identified　the　spatial　distribution　of　local　strain　during　the　domain　evolution.　Finally,　the　mechanism　of　2D　structural　rearrangement　in　a　2D　quenched　liquid　is　explained　through　the　change　of　the　collective　excitations　of　particles.

1　Introduction　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　1
2　Background　and　theory　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　6
1　Ordinary　states　of　matters:　Solid,　liquid,　and　gas　in　macroscopic　and　microscopic　view　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　6
2　Supercooled　liquid　and　glass　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　8
2.1　Dynamical　heterogeneity　and　medium　range　crystalline　ordered　domain　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　8
2.2　Structural　rearrangement　in　supercooled　liquid　and　glassy　material　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　9
2.3　The　open　issues　and　our　goals　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　10
3　Dusty　plasma　system　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　12
3.1　Radio　frequency　discharge　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　12
3.2　Dusty　plasma　system　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　13
3.3　Previous　studies　on　dusty　plasma　system　.　.　.　.　.　.　.　.　15
4　Micro-structure,　topological　defect　and　bond　orientational　order　16
4.1　Topological　defects　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　16
4.2　Bond　orientational　order　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　18
5　Fluid　model:　Rotation,　elongation,　and　shear　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　19
6　Concept　of　eﬀective　bond　and　bond　dynamics　.　.　.　.　.　.　.　.　.　20
3　Experiment　and　data　analysis　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　23
1　Experimental　setup　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　23
2　Data　analysis　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　24
4　Results　and　Discussion　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　27
1　Micro-structure　and　micro-motion　in　quenched　2D　dusty　plasma　liquid　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　28
2　Distortion　of　lattice　line　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　29
3　Analysis　of　eﬀective　bond　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　38
3.1　Bond　length　variation　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　38
3.2　Collective　excitations　and　Lagrangian　observation　of　bond　orientational　order　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　40
4　Structural　rearrangement　in　2D　quenched　liquid　.　.　.　.　.　.　.　.　45
4.1　Bond　dynamics:　rotation,　compression,　and　stretching　.　50
4.2　Structural　rearrangement　and　vortical　excitation　.　.　.　.　55
5　Conclusions　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　57
6　Bibliography .　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　.　59

                                

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