Les plasmas magnétisés, de nouvelles perspectives pour la conception de nanomatériaux

Une étude réalisée à Auburn montre que les champs magnétiques agissent comme des signaux de circulation pour les électrons dans le plasma, ce qui permet aux scientifiques de mieux contrôler la formation des particules de poussière.

De la poussière qui se forme au sein d’un plasma lumineux pourrait sembler relever de la science-fiction, mais des physiciens d’Auburn ont démontré que c’était réel – et contrôlable. Leurs nouvelles recherches révèlent que des champs magnétiques faibles peuvent agir comme des volants directionnels pour les électrons, modifiant radicalement la formation et la croissance de nanoparticules de carbone. Leurs découvertes ouvrent la voie à de nouvelles méthodes basées sur le plasma pour construire des nanomatériaux avancés, et apportent en parallèle des indices sur l’évolution de la poussière cosmique dans l’espace.

Imaginez un nuage qui brille comme une enseigne au néon, mais qui, au lieu de gouttes de pluie, contient d’innombrables grains de poussière microscopiques flottant dans les airs. C’est un plasma poussiéreux, un état étrange de la matière présent à la fois dans l’espace lointain et en laboratoire.

Dans une nouvelle étude publiée cette semaine dans Physical Review E , des physiciens de l’Université d’Auburn rapportent que même des champs magnétiques faibles peuvent remodeler le comportement de ces plasmas poussiéreux – ralentissant ou accélérant la croissance des nanoparticules en suspension. Leurs expériences montrent que lorsqu’un champ magnétique pousse les électrons à suivre des trajectoires en spirale, l’ensemble du plasma se réorganise, modifiant la charge et la croissance des particules.

« Les plasmas poussiéreux sont comme de minuscules particules dans une boîte sous vide », a déclaré Bhavesh Ramkorun , auteur principal de l’étude. « Nous avons découvert qu’en introduisant des champs magnétiques, nous pouvions accélérer ou ralentir la croissance de ces particules, et les particules de poussière ont fini avec des tailles et des durées de vie très différentes. »

Les chercheurs ont fait croître des nanoparticules de carbone en enflammant un mélange de gaz argon et acétylène. Normalement, les particules croissaient régulièrement pendant environ deux minutes avant de s’éloigner. Avec des champs magnétiques, le cycle se raccourcissait considérablement – parfois à moins d’une minute – et les particules restaient plus petites.

« Il est remarquable à quel point le système est sensible », a expliqué Saikat Thakur, co-auteur. « Les électrons sont les acteurs les plus légers du plasma, mais lorsqu’ils sont magnétisés, ils dictent les règles. Ce simple changement peut complètement altérer la formation des nanomatériaux. »

Ces résultats pourraient aider les scientifiques à concevoir de nouvelles techniques basées sur le plasma pour créer des nanoparticules aux propriétés sur mesure pour l’électronique, les revêtements et les dispositifs quantiques. Simultanément, ils offrent un nouvel éclairage sur les plasmas naturels dans l’espace, des anneaux planétaires à l’atmosphère solaire, où poussière et champs magnétiques interagissent constamment.

« Le plasma constitue la majeure partie de l’univers visible, et la poussière est partout », a ajouté Ramkorun. « En étudiant comment les plus petites forces façonnent ces systèmes, nous découvrons des modèles qui relient le laboratoire au cosmos. »

Article : « Electron magnetization effects on carbonaceous dusty nanoparticles grown in Ar−C2⁢H2 capacitively coupled nonthermal plasma ( Effets de la magnétisation des électrons sur les nanoparticules poussiéreuses carbonées cultivées dans un plasma non thermique à couplage capacitif Ar−C2⁢H2 ) » – DOI : – 10.1103/3d3h-rkmb

Source : Auburn U.