Nuove scoperte nel campo dell' accoppiamento energetico nei plasma

[Scolari]

Ricercatori della Ruhr University Bochum in Germania e della University of California, Berkeley negli Stati Uniti hanno scoperto un meccanismo per l'accoppiamento energetico nei plasmi freddi che migliora in modo significativo la nostra comprensione del reale funzionamento di questi versatili plasmi creati dall'uomo.

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Il plasma è un gas ionizzato, o una collezione di elettroni e ioni che si muovono liberamente, che è neutro da un punto di vista elettrico e costituisce uno stato della materia distinto dai gas, liquidi e solidi.

Esso è un conduttore di elettricità e può essere guidato mediante campi elettromagnetici, e questo lo rende ideale per essere utilizzato in tutte le tecnologie innovative.

I plasmi freddi (o "tecnologici") rendono possibili innumerevoli realizzazioni nei campi dei microprocessori, dell'illuminazione e dell'ingegneria.

La loro versatilità è attribuita in gran parte al loro "non equilibrio termico", in cui la differenza di temperatura tra i loro elettroni molto caldi (con temperature che superano i 10.000°C) e gli ioni e gli atomi neutri relativamente freddi può essere utilizzata per iniziare delle reazioni come quelle usate per formare la struttura nei microprocessori.

Lo specifico meccanismo di accoppiamento energetico (il modo in cui l'energia prodotta in una reazione viene trasferita ad un'altra), che rende possibile questo non-equilibrio termico, era stato sino ad oggi oggetto di un acceso dibattito.

Il processo che permette agli elettroni di riscaldarsi così tanto, in particolare con il gas a pressioni molto basse, era stato compreso in termini generali, ma vi era una netta separazione tra ciò che era compreso a livello teorico e ciò che poteva essere dimostrato nella pratica.

In uno studio pubblicato su Physical Review Letters, il dott. Thomas Mussenbrock e i suoi colleghi hanno descritto il meccanismo di riscaldamento degli elettroni nei plasmi freddi, sia a livello teorico che sperimentale.

Nello specifico, essi hanno dimostrato in che modo questi plasmi oscillano e come questa proprietà controlla il processo di riscaldamento degli elettroni.

I plasmi no uniformi e ai margini le loro proprietà variano alquanto. La tendenza del plasma di oscillare non è esattamente uniforme, poiché può avere effetti leggermente diversi presso il cosiddetto "confine della guaina".

Una eccitazione dell'oscillazione che si verifica vicino al confine della guaina può a sua volta portare a una "auto-eccitazione" dell'oscillazione nella corrente elettrica del plasma.

Il processo, descritto come "riscaldamento mediante risonanza non lineare degli elettroni", può più che raddoppiare l'efficienza dell'accoppiamento energetico.

La nuova comprensione del riscaldamento mediante risonanza non lineare degli elettroni resa possibile dal dott. Mussenbrock e dai suoi colleghi getta nuova luce sulle proprietà del plasma freddo.

Le loro scoperte hanno delle implicazioni di vasta portata per la ricerca in vari campi: energetico, ingegneristico, illuminazione, pulizia delle superfici e rimozione dei rifiuti, tanto per citarne alcuni.

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