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Interaktion von Plasma und Staub in einer rf-Entladung

Elektronenfluss um 44 zu einem Cluster angeordnete Staubteilchen, die in der Randschicht einer Argon rf-Entladung eingefangen sind.

In einer Vielzahl wissenschaftlich und technologisch relevanter Plasmen spielt die Wechselwirkung
des ionisierten Gases mit makroskopischen Objekten eine prominente Rolle. Im Ergebnis laden sich
die Objekte negativ auf und der Fluss des Plasmas organisiert sich so um, dass sich positive Raumladungszonen ausbilden. In einem Ensemble mikrometergroßer Staubteilchen bleibt der
Staub - trotz der abschirmenden Wirkung des Plasmas - elektrisch gekoppelt, was zu Clusterbildung
und anderen kollektiven Phänomenen führt. In einer Kooperation der Arbeitsgruppen Komplexe
Quantensysteme und Computational Sciences wurden nun der Elektronen- und Ionenfluß um einen
Staubcluster zusammen mit der Ladungsverteilung der Staubteilchen mit einer Particle-in-Cell
Monte-Carlo Collision/Particle-Particle Particle-Mesh (PIC-MCC/PPPM) Simulation auf unterschiedlichen
Längenskalen untersucht. Neben Fokusierungseffekten im laminaren Ionenfluss wurden eine breite
Ladungsverteilung im Staubcluster und Konvektionszellen im Elektronenfluss gefunden. Die Ergebnisse
der Simulation wurden von den Herausgebern von Physics of Plasmas besonders hervorgehoben.

Publikation: J. Schleede et al., Physics of Plasmas 25, 043702 (2018)  https://doi.org/10.1063/1.5021316

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