Des physiciens ont récemment étudié le comportement des particules dans un plasma poussiéreux à une température inférieure à 2 degrés K. L'expérience a montré qu'à des températures extrêmement basses, des nanoclusters peuvent se former dans le plasma, et la synthèse de fibres polymères a lieu. Les résultats de l'expérience peuvent être utilisés pour créer de nouveaux matériaux avec des propriétés souhaitées et contrôlées. Les résultats de cette étude sont publiés dans Rapports scientifiques .

Des scientifiques du Joint Institute for High Temperatures, Académie russe des sciences avec des collègues de la branche de l'Institut Talrose pour les problèmes énergétiques de la physique chimique, Le RAS et l'Institut de physique et de technologie de Moscou ont étudié un plasma poussiéreux multimodal formé dans une colonne positive de la décharge luminescente à courant continu à des températures ultra basses (à des températures d'hélium superfluide).

Selon Oleg Petrov, directeur de l'Institut des hautes températures RAS et l'un des auteurs de l'article, les scientifiques ont réussi pour la première fois à observer du plasma poussiéreux dans une décharge gazeuse refroidie par de l'hélium superfluide à une température de 1,6 à 2 degrés K. Jusqu'à présent, le plasma poussiéreux et même les décharges gazeuses n'ont pas été étudiés à des températures inférieures à 4,2 degrés K, qui est la température de l'hélium liquide.

Au cours de l'expérimentation, la pulvérisation cathodique ionique de polymères à partir d'un insert spécial a entraîné des phénomènes d'auto-organisation, à savoir, la formation de nanoclusters de tailles inférieures à 100 nm et de fibres polymères d'une longueur allant jusqu'à 5 mm et d'un diamètre d'environ 10 microns. Obtenu à des températures extrêmes, les fibres ne s'effondrent pas lorsqu'elles sont étudiées plus tard dans des conditions normales.

"A des températures ultra basses, il devient possible de contrôler précisément la composition de la matière pulvérisée, puisque dans ces conditions toutes les impuretés "gèlent" et précipitent, " Oleg Petrov dit. "En conséquence, lors de la pulvérisation d'une substance dans l'hélium gazeux, il est possible d'obtenir des matériaux super purs, ce qui pourrait être le moyen d'obtenir des fibres avec de nouvelles propriétés souhaitées, par exemple, de nouveaux types de polymères qui ne peuvent être obtenus par synthèse chimique ordinaire. De tels matériaux peuvent être radicalement différents de ceux existants."

Les phénomènes d'auto-organisation sont répandus dans la nature, et sont observés dans divers systèmes de complexité et d'échelle, y compris les événements physiques à l'échelle nanométrique, astronomie, et en biologique, processus sociaux et économiques. De tels phénomènes sont caractéristiques des systèmes dits ouverts (hors équilibre), qui inclut, entre autres, plasma poussiéreux formé de particules chargées de taille micronique, retenu dans le plasma d'une décharge électrique gazeuse. La diffusion intense du rayonnement laser par les particules permet d'étudier les systèmes formés par les particules chargées, suivre leurs coordonnées et leurs vitesses en temps réel. Le plasma poussiéreux est un outil pratique pour étudier divers phénomènes, par exemple, transitions de phase tridimensionnelles et bidimensionnelles, ainsi que la formation d'ondes non linéaires.

Par rapport aux systèmes alternatifs, le plasma poussiéreux offre une occasion unique de faire varier la température du gaz formant le plasma, l'hélium gazeux, ce qui permet d'étudier l'effet des changements de température du gaz sur les propriétés du plasma et les processus qui s'y produisent. La question de la limite inférieure des températures auxquelles des études expérimentales de plasma poussiéreux peuvent être réalisées est restée ouverte jusqu'à récemment.

La raison de cette méconnaissance du plasma de décharge gazeuse à des températures inférieures à 4,2 degrés K est liée au fait que le problème n'est pas seulement de refroidir le tube à des températures inférieures à celle de l'hélium liquide, mais aussi la limite de puissance dans la décharge qui conduit à l'échauffement de l'hélium gazeux.

L'expérience, dont les résultats ont été publiés dans Rapports scientifiques , a été réalisée avec un cryostat optique sur une plate-forme destinée à étudier les structures plasma-poussière aux températures de l'hélium. Maintenant, les scientifiques du JIHT RAS envisagent de poursuivre les expériences et d'étudier les phénomènes d'auto-organisation dans les plasmas poussiéreux à ultra basse température en utilisant divers matériaux dispersés.