Μια παράξενη, φωτεινή μορφή ύλης γνωστή ως σκονισμένο πλάσμα αποτελείται από αέριο πλάσμα μέσα στο οποίο αιωρούνται μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης. Αυτή η σπάνια κατάσταση της ύλης εμφανίζεται τόσο στο διάστημα όσο και σε εργαστηριακά πειράματα, παρουσιάζοντας πολύπλοκη και ευαίσθητη συμπεριφορά.
Η ανακάλυψη των φυσικών
Σύμφωνα με νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο «Physical Review E», ερευνητές από το πανεπιστήμιο auburn έδειξαν ότι ακόμη και πολύ ασθενή μαγνητικά πεδία μπορούν να αλλάξουν δραματικά τη συμπεριφορά του σκονισμένου πλάσματος. Ο μαγνητισμός επηρεάζει την κίνηση των ηλεκτρονίων, γεγονός που με τη σειρά του μεταβάλλει τον τρόπο με τον οποίο τα νανοσωματίδια φορτίζονται και αναπτύσσονται.
Πώς επηρεάζεται η ανάπτυξη νανοσωματιδίων
Κατά τη διάρκεια εργαστηριακών πειραμάτων, οι επιστήμονες δημιούργησαν νανοσωματίδια άνθρακα σε μίγμα αερίων αργού και ακετυλενίου. Χωρίς μαγνητικό πεδίο, τα σωματίδια αναπτύσσονταν για περίπου δύο λεπτά. Με την εφαρμογή ακόμη και αδύναμων μαγνητικών πεδίων, ο χρόνος ανάπτυξης μειώθηκε σημαντικά και τα σωματίδια παρέμειναν μικρότερα σε μέγεθος.
Όπως εξήγησε ο Bhavesh Ramkorun:
«Βρήκαμε ότι εισάγοντας μαγνητικά πεδία μπορούμε να κάνουμε τα σωματίδια να μεγαλώνουν πιο γρήγορα ή πιο αργά, με τελείως διαφορετικά μεγέθη και διάρκεια ζωής».
Ο κρίσιμος ρόλος των ηλεκτρονίων
Τα ηλεκτρόνια, αν και τα ελαφρύτερα σωματίδια στο πλάσμα, αποδείχθηκαν καθοριστικά. Όταν εγκλωβίζονται σε σπειροειδείς τροχιές από τον μαγνητισμό, «υπαγορεύουν τους κανόνες» σε ολόκληρο το σύστημα, επηρεάζοντας άμεσα τη δημιουργία νανοϋλικών.
Ο Saikat Thakur σημείωσε χαρακτηριστικά:
«Είναι εντυπωσιακό πόσο ευαίσθητο είναι το σύστημα. Μια μικρή αλλαγή στα ηλεκτρόνια μπορεί να μεταμορφώσει πλήρως τη διαδικασία σχηματισμού των υλικών».
Από το εργαστήριο στο διάστημα
Τα ευρήματα έχουν εφαρμογές στη νανοτεχνολογία, στα ηλεκτρονικά, στις επικαλύψεις επιφανειών και στις κβαντικές τεχνολογίες. Παράλληλα, βοηθούν στην κατανόηση φυσικών φαινομένων στο διάστημα, όπως οι πλανητικοί δακτύλιοι και η ατμόσφαιρα του ήλιου, όπου σκόνη και μαγνητικά πεδία αλληλεπιδρούν συνεχώς.
Όπως τόνισε ο Ramkorun:
«Το πλάσμα αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του ορατού σύμπαντος και η σκόνη βρίσκεται παντού. Μελετώντας πώς οι μικρότερες δυνάμεις διαμορφώνουν αυτά τα συστήματα, συνδέουμε το εργαστήριο με το σύμπαν».
Μια παράξενη, φωτεινή μορφή ύλης γνωστή ως σκονισμένο πλάσμα αποτελείται από αέριο πλάσμα μέσα στο οποίο αιωρούνται μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης. Αυτή η σπάνια κατάσταση της ύλης εμφανίζεται τόσο στο διάστημα όσο και σε εργαστηριακά πειράματα, παρουσιάζοντας πολύπλοκη και ευαίσθητη συμπεριφορά.
Η ανακάλυψη των φυσικών
Σύμφωνα με νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο «Physical Review E», ερευνητές από το πανεπιστήμιο auburn έδειξαν ότι ακόμη και πολύ ασθενή μαγνητικά πεδία μπορούν να αλλάξουν δραματικά τη συμπεριφορά του σκονισμένου πλάσματος. Ο μαγνητισμός επηρεάζει την κίνηση των ηλεκτρονίων, γεγονός που με τη σειρά του μεταβάλλει τον τρόπο με τον οποίο τα νανοσωματίδια φορτίζονται και αναπτύσσονται.
Πώς επηρεάζεται η ανάπτυξη νανοσωματιδίων
Κατά τη διάρκεια εργαστηριακών πειραμάτων, οι επιστήμονες δημιούργησαν νανοσωματίδια άνθρακα σε μίγμα αερίων αργού και ακετυλενίου. Χωρίς μαγνητικό πεδίο, τα σωματίδια αναπτύσσονταν για περίπου δύο λεπτά. Με την εφαρμογή ακόμη και αδύναμων μαγνητικών πεδίων, ο χρόνος ανάπτυξης μειώθηκε σημαντικά και τα σωματίδια παρέμειναν μικρότερα σε μέγεθος.
Όπως εξήγησε ο Bhavesh Ramkorun:
«Βρήκαμε ότι εισάγοντας μαγνητικά πεδία μπορούμε να κάνουμε τα σωματίδια να μεγαλώνουν πιο γρήγορα ή πιο αργά, με τελείως διαφορετικά μεγέθη και διάρκεια ζωής».
Ο κρίσιμος ρόλος των ηλεκτρονίων
Τα ηλεκτρόνια, αν και τα ελαφρύτερα σωματίδια στο πλάσμα, αποδείχθηκαν καθοριστικά. Όταν εγκλωβίζονται σε σπειροειδείς τροχιές από τον μαγνητισμό, «υπαγορεύουν τους κανόνες» σε ολόκληρο το σύστημα, επηρεάζοντας άμεσα τη δημιουργία νανοϋλικών.
Ο Saikat Thakur σημείωσε χαρακτηριστικά:
«Είναι εντυπωσιακό πόσο ευαίσθητο είναι το σύστημα. Μια μικρή αλλαγή στα ηλεκτρόνια μπορεί να μεταμορφώσει πλήρως τη διαδικασία σχηματισμού των υλικών».
Από το εργαστήριο στο διάστημα
Τα ευρήματα έχουν εφαρμογές στη νανοτεχνολογία, στα ηλεκτρονικά, στις επικαλύψεις επιφανειών και στις κβαντικές τεχνολογίες. Παράλληλα, βοηθούν στην κατανόηση φυσικών φαινομένων στο διάστημα, όπως οι πλανητικοί δακτύλιοι και η ατμόσφαιρα του ήλιου, όπου σκόνη και μαγνητικά πεδία αλληλεπιδρούν συνεχώς.
Όπως τόνισε ο Ramkorun:
«Το πλάσμα αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του ορατού σύμπαντος και η σκόνη βρίσκεται παντού. Μελετώντας πώς οι μικρότερες δυνάμεις διαμορφώνουν αυτά τα συστήματα, συνδέουμε το εργαστήριο με το σύμπαν».