Los físicos investigaron recientemente el comportamiento de las partículas en un plasma polvoriento a una temperatura inferior a 2 grados K. El experimento mostró que a temperaturas extremadamente bajas, se pueden formar nanoclusters en el plasma, y tiene lugar la síntesis de fibras poliméricas. Los resultados del experimento se pueden utilizar para crear nuevos materiales con propiedades deseadas y controladas. Los resultados de este estudio se publican en Informes científicos .

Científicos del Instituto Conjunto para Altas Temperaturas, Academia de Ciencias de Rusia junto con colegas de la Rama del Instituto Talrose para Problemas Energéticos de Física Química, RAS y el Instituto de Física y Tecnología de Moscú estudiaron un plasma polvoriento multimodal formado en una columna positiva de la descarga luminiscente de corriente continua a temperaturas ultrabajas (a temperaturas de helio superfluido).

Según Oleg Petrov, director del Instituto de Altas Temperaturas RAS y uno de los autores del artículo, los científicos lograron por primera vez observar plasma polvoriento en una descarga de gas enfriado por helio superfluido a una temperatura de 1,6 a 2 grados K.Hasta ahora, El plasma polvoriento e incluso las descargas de gas no se han estudiado a temperaturas inferiores a 4,2 grados K, que es la temperatura del helio líquido.

En el transcurso del experimento, la pulverización iónica de polímeros de un inserto especial dio lugar a fenómenos de autoorganización, a saber, la formación de nanoclusters con tamaños inferiores a 100 nm y fibras poliméricas con una longitud de hasta 5 mm y un diámetro de aproximadamente 10 micrones. Obtenido a temperaturas extremas, las fibras no colapsan cuando se estudian posteriormente en condiciones normales.

"A temperaturas ultrabajas, es posible controlar con precisión la composición del material pulverizado, ya que en estas condiciones las impurezas se "congelan" y precipitan, "Oleg Petrov dice." Como resultado, al rociar una sustancia en el helio gaseoso, es posible obtener materiales superpuros, que podría ser la forma de obtener fibras con nuevas propiedades deseadas, por ejemplo, nuevos tipos de polímeros que no se pueden obtener mediante síntesis química ordinaria. Estos materiales pueden ser radicalmente diferentes de los existentes ".

Los fenómenos de autoorganización son de naturaleza generalizada, y se observan en varios sistemas de complejidad y escala, incluyendo eventos físicos a nanoescala, astronomía, y en biológico, Procesos sociales y económicos. Tales fenómenos son característicos de los llamados sistemas abiertos (sin equilibrio), que incluye, entre otros, plasma polvoriento formado por partículas cargadas de tamaño micrónico, retenido en el plasma de una descarga eléctrica de gas. La intensa dispersión de la radiación láser por partículas permite estudiar los sistemas formados por partículas cargadas, rastreando sus coordenadas y velocidades en tiempo real. El plasma polvoriento es una herramienta conveniente para estudiar varios fenómenos, por ejemplo, transiciones de fase tridimensionales y bidimensionales, así como la formación de ondas no lineales.

Comparado con sistemas alternativos, El plasma polvoriento brinda una oportunidad única para variar la temperatura del gas que forma el plasma (helio gaseoso), lo que ayuda a estudiar el efecto de los cambios de temperatura del gas en las propiedades del plasma y los procesos que ocurren en él. La cuestión del límite inferior de temperaturas a las que pueden llevarse a cabo los estudios experimentales del plasma polvoriento permaneció abierta hasta hace poco.

La razón de esta falta de conocimiento del plasma de descarga de gas a temperaturas inferiores a 4,2 grados K ​​está relacionada con el hecho de que el problema no es solo enfriar el tubo a temperaturas inferiores a la del helio líquido, pero también el límite de potencia en la descarga que conduce al calentamiento del helio gaseoso.

El experimento, cuyos resultados fueron publicados en Informes científicos , se llevó a cabo con un criostato óptico en una plataforma destinada a estudiar estructuras de polvo de plasma a temperaturas de helio. En el presente, Los científicos del JIHT RAS planean continuar los experimentos y estudiar los fenómenos de autoorganización en plasmas polvorientos a temperaturas ultrabajas utilizando diversos materiales dispersos.