Представьте себе светящееся облако, похожее на неоновую вывеску, но вместо капель воды оно заполнено множеством микроскопических частиц пыли. Эта необычная смесь известна как пылевая плазма – редкое состояние вещества, которое встречается как в открытом космосе, так и в лабораторных экспериментах.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review E, физики из Обернского университета обнаружили, что даже очень слабые магнитные поля могут существенно изменять поведение пылевой плазмы. Команда выяснила, что магнетизм способен как замедлять, так и ускорять рост наночастиц, взвешенных в плазме. Когда магнитное поле заставляет электроны двигаться по спиральным траекториям, вся плазма перестраивается, что влияет на то, как частицы получают электрический заряд и увеличиваются в размере.
«Пылевая плазма – это как крошечные частицы в вакуумной камере, – говорит Бхавеш Рамкорун, ведущий автор исследования. – Мы обнаружили, что, добавляя магнитные поля, мы можем заставить эти частицы расти быстрее или медленнее, в результате чего они приобретают совершенно разные размеры и имеют разное время жизни».
Чтобы изучить этот эффект, исследователи создали углеродные наночастицы, воспламенив смесь газов аргона и ацетилена. В обычных условиях частицы стабильно формировались около двух минут, прежде чем покинуть плазму. Однако при приложении магнитных полей этот период роста становился намного короче – иногда менее минуты, – а полученные частицы оставались меньшего размера.
«Примечательно, насколько чувствительна эта система, – объясняет Сайкат Тхакур, соавтор исследования. – Электроны – самые легкие участники плазмы, но когда они становятся намагниченными, именно они начинают диктовать правила. Такое простое изменение может полностью перевернуть процесс формирования наноматериалов».
Полученные результаты могут помочь ученым разработать новые плазменные методы для производства наночастиц с заданными свойствами для применения в электронике, поверхностных покрытиях и квантовых технологиях. Кроме того, исследование проливает свет на природные плазменные образования в космосе, включая планетарные кольца и атмосферу Солнца, где пыль и магнитные поля постоянно взаимодействуют. «Плазма составляет большую часть видимой Вселенной, и пыль в ней повсюду, – добавил Рамкорун. – Изучая, как малейшие силы формируют эти системы, мы раскрываем закономерности, которые связывают лабораторию с космосом».
