摘要：研究人员开发了一种更快，更稳定的方法，以模拟工业等离子体中的旋转电场 - 用于制造微芯片和外套材料的那种。改进的方法可能会为芯片制造和融合研究提供更好的工具。...

等离子体 - 电荷的第四个物质状态 - 是许多重要工业过程的核心，包括用于制造计算机芯片和外套材料的工业过程。但是，模拟这些等离子体可能具有挑战性，因为必须在模拟中进行数千点执行数百万个数学操作，每秒很多次。即使有了世界上最快的超级计算机，科学家们仍在努力创建一个动力学模拟（考虑单个粒子），这是详细且足够快的，可以帮助他们改善这些制造过程。

现在，一种新方法为动力学模拟提供了提高的稳定性和效率，以了解所谓的电感耦合等离子体。该方法是在美国能源部的普林斯顿等离子物理实验室（PPPL）和CHIP设备制造商Applied Materials Inc.之间的私人公共合作伙伴关系的一部分中实施的，该材料已经使用了该工具。来自艾伯塔大学，PPPL和洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员为该项目做出了贡献。

对这些等离子体的详细模拟对于更好地了解等离子体如何形成各种制造工艺的形成和发展很重要。模拟越现实，它提供的分布功能就越准确。这些措施表明，例如，粒子处于特定速度移动的特定位置的可能性。最终，理解这些细节可能会导致关于如何以更精致的方式使用等离子体的实现，例如，将模式蚀刻到硅上，以使其更快地使用更快的芯片或内存。

PPPL的首席研究物理学家伊戈尔·卡加诺维奇（Igor Kaganovich）说：“这是我们能力的迈出一大步。”等离子体的物理学详细介绍了模拟发现。

使代码可靠

代码的初始版本是使用证明不可靠的旧方法开发的。艾伯塔大学（University of Alberta）的研究助理，本文的第一作者Dmytro Sydorenko表示，对该方法进行了重大修改，以使该法规更加稳定。他说：“我们更改了方程式，因此模拟立即变得非常可靠，并且不再发生撞车事故。” “因此，现在我们拥有一个可用的工具，可以将电感耦合等离子体模拟为两个空间维度。”

通过更改计算一个电场的方式，部分改进了代码。电场就像一个无形的力场，围绕电荷和电流。它在颗粒上施加力。在电感耦合的等离子体中，带有电流的电线线圈会产生变化的磁场，从而产生了一个加热等离子体的电场。团队将其努力集中在这一领域，被称为螺线管电场。

该法规根据Los Alamos国家实验室的Salomon Janhunen开发的程序来计算电磁场。 PPPL的Jin Chen优化了这些程序，后者是挑战的物理，数学和计算机科学方面之间的桥梁。陈说：“对于一个复杂的问题，改善很大。”

该模拟被称为粒子中的粒子代码，因为它单个颗粒（或一小组粒子作为所谓的宏粒子汇合在一起），而它们从一个网格单元中移动到另一个网格单元。这种方法对于在气压低的工业设备中使用的等离子体特别有效。流体方法对于这种等离子体不起作用，因为它使用平均值而不是单个粒子。

遵守节能法则

Kaganovic：“这种新的模拟使我们能够快速建模更大的等离子体，同时准确地节省能量，从而确保结果反映实际的物理过程而不是数值伪像。”

在现实世界中，能量不会随机出现或消失。它遵循能源保护定律。但是，每个步骤都会在计算机模拟中累积一个小错误。由于每个仿真可能涉及数千甚至数百万步骤，因此很小的错误会大大消除结果。确保能量得到保存有助于使模拟忠于真正的等离子体。

PPPL的StéphaneEthier还研究了新的仿真代码。根据合同编号DE-AC02-09CH11466，Applied Materials Inc.和PPPL之间的合作研究与发展协议的支持。