Físicos investigaram recentemente o comportamento das partículas em um plasma empoeirado a uma temperatura abaixo de 2 graus K. O experimento mostrou que, em temperaturas extremamente baixas, nanoclusters podem se formar no plasma, e ocorre a síntese de fibras poliméricas. Os resultados do experimento podem ser usados ​​para criar novos materiais com propriedades desejadas e controladas. Os resultados deste estudo são publicados em Relatórios Científicos .

Cientistas do Joint Institute for High Temperatures, Academia Russa de Ciências, juntamente com colegas do Instituto Talrose para Problemas de Energia e Física Química, A RAS e o Instituto de Física e Tecnologia de Moscou estudaram um plasma empoeirado multimodal formado em uma coluna positiva da descarga cintilante de corrente contínua em temperaturas ultrabaixas (em temperaturas de hélio superfluido).

De acordo com Oleg Petrov, diretor do Instituto de Altas Temperaturas RAS e um dos autores do artigo, os cientistas conseguiram pela primeira vez observar plasma empoeirado em uma descarga de gás resfriado por hélio superfluido a uma temperatura de 1,6 a 2 graus K. Até agora, plasma empoeirado e até mesmo descargas de gás não foram estudados em temperaturas inferiores a 4,2 graus K, que é a temperatura do hélio líquido.

No decorrer do experimento, a pulverização catódica de polímeros a partir de uma inserção especial resultou em fenômenos de auto-organização, nomeadamente, a formação de nanoaglomerados com tamanhos menores que 100 nm e fibras poliméricas com comprimento de até 5 mm e diâmetro de cerca de 10 mícrons. Obtido em temperaturas extremas, as fibras não entram em colapso quando estudadas posteriormente em condições normais.

"Em temperaturas ultrabaixas, torna-se possível controlar com precisão a composição do material pulverizado, uma vez que, nessas condições, quaisquer impurezas "congelam" e precipitam, "Oleg Petrov diz." Como resultado, ao pulverizar uma substância no hélio gasoso, é possível obter materiais super puros, que pode ser a maneira de obter fibras com novas propriedades desejadas - por exemplo, novos tipos de polímeros que não podem ser obtidos por síntese química comum. Esses materiais podem ser radicalmente diferentes dos existentes. "

Fenômenos de auto-organização são generalizados na natureza, e são observados em vários sistemas de complexidade e escala, incluindo eventos físicos em nanoescala, astronomia, e no biológico, processos sociais e econômicos. Tais fenômenos são característicos dos chamados sistemas abertos (fora de equilíbrio), que incluem, entre outros, plasma empoeirado formado por partículas carregadas de tamanho mícron, retido no plasma de uma descarga elétrica a gás. O intenso espalhamento da radiação laser por partículas permite estudar os sistemas formados por partículas carregadas, rastreando suas coordenadas e velocidades em tempo real. O plasma empoeirado é uma ferramenta conveniente para estudar vários fenômenos, por exemplo, transições de fase tridimensionais e bidimensionais, bem como a formação de ondas não lineares.

Comparado com sistemas alternativos, o plasma empoeirado oferece uma oportunidade única de variar a temperatura do gás formador de plasma - hélio gasoso - que ajuda a estudar o efeito das mudanças de temperatura do gás nas propriedades do plasma e nos processos que ocorrem nele. A questão do limite inferior de temperatura em que estudos experimentais de plasma empoeirado podem ser realizados permaneceu em aberto até recentemente.

A razão para esse desconhecimento do plasma de descarga gasosa em temperaturas abaixo de 4,2 graus K está relacionada ao fato de que o problema não é apenas resfriar o tubo a temperaturas abaixo da do hélio líquido, mas também o limite de potência na descarga que leva ao aquecimento do hélio gasoso.

O experimento, cujos resultados foram publicados em Relatórios Científicos , foi realizado com um criostato óptico em uma plataforma destinada ao estudo de estruturas de poeira de plasma em temperaturas de hélio. Atualmente, os cientistas do JIHT RAS planejam continuar os experimentos e estudar os fenômenos de auto-organização em plasmas empoeirados em temperaturas ultrabaixas usando vários materiais dispersos.