400 kilomètres au-dessus de la Terre, les chercheurs ont examiné les ondes dans un plasma complexe dans des conditions de microgravité et ont découvert que les microparticules se comportaient de manière non uniforme en présence de champs électriques variables. Ils rapportent certaines des premières découvertes de l'expérience Plasma-Kristall 4 (PK-4) dans Physique des plasmas .

PK-4 est une collaboration entre l'Agence spatiale européenne et la société spatiale d'État russe "Roscosmos" pour étudier des plasmas complexes. Les plasmas complexes ou poussiéreux contiennent des électrons, ions et gaz neutre, ainsi que des microparticules telles que des grains de poussière. Les microparticules deviennent fortement chargées dans le plasma et interagissent fortement les unes avec les autres, ce qui peut conduire à un comportement liquide voire cristallin au sein du plasma complexe. La propriété la plus importante d'un tel système est que les enquêtes sur les phénomènes physiques peuvent être effectuées au niveau des (micro-)particules individuelles, ce qui permet de nouvelles connaissances sur la physique des fluides et des solides.

La gravité déforme la plupart des expériences sur les plasmas complexes sur Terre, l'environnement de microgravité de la Station spatiale internationale permet donc des recherches autrement impossibles. En février 2017, des chercheurs du DLR-Institut de physique des matériaux dans l'espace du Centre aérospatial allemand (DLR) et de l'Institut commun pour les hautes températures de l'Académie des sciences de Russie ont observé des ondes de densité de poussière ou des ondes sonores visibles lorsqu'elles se déplaçaient à travers le plasma complexe.

Dans l'expérience, un nuage de microparticules a dérivé dans un plasma avec un courant continu constant et a formé des motifs d'ondes auto-excitées. Après ça, la polarité de décharge a été inversée. Bien que l'intensité du champ soit presque identique pour les deux polarités de décharge, les modèles d'onde présentaient des bifurcations :une nouvelle crête d'onde s'est formée entre les deux anciennes crêtes dans la tête du nuage de microparticules.

"La découverte la plus intéressante était que la vitesse de ces ondes dépend fortement du champ électrique, qui excite les vagues, " a déclaré Mikhaïl Pustylnik, un auteur sur le papier. "Nous nous attendons à rencontrer ces types d'ondes dans des situations astrophysiques où vous pourriez avoir de la poussière - dans une queue cométaire, par exemple."

« De nombreux procédés plasma sont également utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs, ", a déclaré Pustylnik. La poussière pose de grands défis à l'industrie des semi-conducteurs, car les particules peuvent endommager une plaquette de silicium pendant la fabrication. À partir de cet automne, les chercheurs prévoient des expériences supplémentaires qui feront varier la gamme des champs électriques en changeant la polarité de la décharge.