科學家發現塵埃等離子體表現得像活性物質
莫斯科物理技術研究所和俄羅斯科學院高溫聯合研究所的科學家解釋了印度同事在等離子體塵埃系統中獲得的不尋常效果。實驗表明，在一定條件下，宏觀塵埃粒子自組織形成有序和無序相共存的獨特結構。該系統可以作為研究活性物質特性的實驗試驗場。
使用計算機模擬方法對有序和無序區域之間的界面計算結構的結果進行可視化
研究結果發表在《科學報告》雜誌上。等離子體是一種電離氣體，是物質的四種經典狀態之一。這種氣體含有自由電子和離子——正負離子。具有所謂凝聚分散相的等離子體是其中還存在額外的微米級粒子的等離子體。
這些粒子（因其大小而被稱為塵埃）帶電到非常大的電荷值並相互相互作用，就像經典物質中的原子一樣。在地球的電離層、空間物體、晶元蝕刻和熱核聚變的技術裝置中，當然還有實驗室中，都有這樣的塵埃系統。
俄印科學團隊發現，這樣一個複雜的等離子體系統在一定條件下可以表現出活性物質的獨特特性，其中微米級粒子將環境能量轉化為流動性，從而變得活躍。
「在實驗中，我們的印度同事發現，在某些條件下，宏觀塵埃粒子自組織成一種結構，有序和無序區域相互靜止共存，類似於物質的結晶相和液相。反過來，使用理論方法，我們能夠證明，發現效應的原因是等離子體中的塵埃粒子表現出所謂的活性物質的特性，並將周圍等離子體的能量轉化為能量的能力。自己的議案。
這是由於牛頓第三定律在塵埃粒子子系統中的正式不滿足，儘管事實上在整個系統中，除了塵埃粒子和周圍等離子體的粒子之外，牛頓第三定律是該研究的合著者弗拉迪斯拉夫·尼古拉耶夫（Vladislav Nikolaev）說。
莫斯科物理技術學院的一組作者。從左到右：Daniil Kolotinsky、Alexey Timofeev、Vladislav Nikolaev
為了模擬等離子體中微米粒子的實驗結構，莫斯科物理技術研究所和 JIHT RAS 的員工使用超級計算機方法，可以在塵埃粒子的宏觀水平和等離子體的微觀水平上描述系統離子和電子。作為這種多尺度方法實施的一部分，編寫了一個程序代碼以在使用現代圖形加速器的高性能計算機上運行計算。
據研究人員稱，為了解決描述帶電粒子系統動力學這樣一個看似簡單的問題，莫斯科物理與技術研究所的超級計算機和 JIHT RAS 需要進行數周的連續計算。結果，超級計算機建模使得解釋等離子體中微米粒子結構的自組織效應成為可能，其中在系統中觀察到經典物質中晶體和液體之間界面的類似物。
「所描述的效果使我們可以觀察到塵埃粒子的非平衡非理想系統中各相的穩定共存。與原子系統不同，這種系統中的過程可以在動力學水平上進行研究，由於塵埃顆粒之間的距離很大，甚至可以用肉眼看到系統。具有凝聚分散相的等離子體中的相變已經研究了大約 30 年，然而，在我們的工作中，首次通過實驗創建和理論上解釋了等離子體 - 塵埃系統，其中不同區域的塵埃粒子系統表現出不同程度的研究負責人、莫斯科研究所「凝聚態和生命系統的計算物理」項目副負責人 Aleksey Timofeev 總結道。 JIHT RAS 物理與技術博士和研究副主任。
據研究人員稱，這項工作的結果非常重要，因為它們構成了使用塵埃等離子體作為研究活性物質特性的實驗試驗場的基礎。這項工作的實際意義在於，所獲得的結果可用於描述晶元蝕刻技術裝置的等離子體中帶電粒子的行為，以及解決將帶電粒子限制在各種靜電阱中的問題。配置。這種陷阱被積極用於捕獲離子，包括在產生反物質時。
