An improved gyrokinetic electron and fully kinetic ion (GeFi) particle simulation scheme is presented for the investigation of linear collisionless tearing mode instability in a two-dimensional Harris current sheet under a finite guide field BG and a realistic ion-to-electron mass ratio mi/me. Due to the removal of the rapid electron cyclotron motion while retaining the finite electron Larmor radii, wave–particle interaction, and off-diagonal components of the electron pressure tensor, the GeFi model can be used to investigate the physics of magnetic reconnection with a realistic mi/me in a large-scale current sheet, which in general possesses wave modes ranging from Alfvén waves to lower hybrid/whistler waves, with wave frequency ω < Ωe, where Ωe is the electron gyrofrequency. As a necessary step of utilizing the code for magnetic reconnection, the linearized GeFi scheme is benchmarked by comparing the simulation results using a δf method against direct numerical solutions of the tearing-instability eigenmode equations, as well as those obtained analytically via asymptotic matching.
改良されたジャイロ運動論的電子・完全運動論的イオン（GeFi）粒子シミュレーション法を、有限ガイド磁場BGおよび現実的なイオン・電子質量比mi/meを有する二次元ハリス電流層における線形無衝突テアリングモード不安定性の研究のために提示する。電子の高速サイクロトロン運動を除去しつつ、有限の電子ラーモア半径、波動・粒子相互作用、および電子圧力テンソルの非対角成分を保持することにより、GeFiモデルは、現実的なmi/meを用いた大規模電流層における磁気リコネクションの物理を、波動周波数ωが電子ジャイロ周波数Ωe未満であるアルフヴェン波から低混成波・ホイッスラー波に至る波動モード全般にわたって研究することを可能にする。磁気リコネクションへのコード適用の必要な段階として、線形化されたGeFiスキームを、δf法を用いたシミュレーション結果をテアリング不安定性の固有モード方程式の直接数値解、および漸近接続による解析解の両方と比較することによって検証する。