Все новости

В МФТИ объяснили самоорганизацию частиц в плазменно-пылевой системе

По словам научного сотрудника лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состоянии Владислава Николаева, причина эффекта - возможность пылевых частиц в плазме проявлять свойства так называемого активного вещества и превращать энергию окружающей плазмы в энергию собственного движения

МОСКВА, 12 сентября. /ТАСС/. Ученые экспериментально создали и объяснили феномен самоорганизиции и проявления свойств активной материи структурами микрочастиц в плазме. Работа опубликована в журнале Scientific Reports. О результатах сообщили в понедельник в пресс-службе Московского физико-технического института (МФТИ).

Плазма - ионизированный газ, который содержит свободные электроны и ионы - положительные и отрицательные. Плазма с конденсированной дисперсной фазой - это плазма, в которой есть еще и дополнительные частицы микронных размеров. Эти частицы, которые из-за размеров называют пылевыми, заряжаются до больших величин и взаимодействуют друг с другом. Встречаются такие пылевые системы в ионосфере Земли, на космических объектах, в технологических установках для травления микросхем и термоядерного синтеза. Российско-индийский научный коллектив обнаружил, что такая сложная плазменная система при определенных условиях может проявлять уникальные свойства активной материи, в которой частицы микронного размера преобразуют энергию окружающей среды в подвижность и тем самым становятся активными.

"В эксперименте нашими индийскими коллегами было обнаружено, что при определенных условиях макроскопические пылевые частицы самоорганизовались в структуру, в которой стационарно сосуществуют друг с другом упорядоченная и неупорядоченная области - аналог кристаллической и жидкой фазы материи. В свою очередь нам при помощи теоретических методов удалось показать, что причиной обнаруженного эффекта является возможность пылевых частиц в плазме проявлять свойства так называемого активного вещества и превращать энергию окружающей плазмы в энергию собственного движения", - приводит пресс-служба слова соавтора исследования, аспиранта МФТИ и научного сотрудника лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния Владислава Николаева.

Для моделирования экспериментальной структуры из микронных частиц в плазме сотрудники МФТИ и Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН использовали суперкомпьютерные методы, позволяющие описывать систему как на макроскопическом уровне пылевых частиц, так и на микроуровне ионов и электронов плазмы. В рамках реализации такого многомасштабного подхода был написан программный код для запуска расчета на высокопроизводительных вычислительных машинах с использованием современных графических ускорителей. Для этой задачи описание динамики системы заряженных частиц потребовалось несколько недель непрерывных расчетов на суперкомпьютерах МФТИ и ОИВТ РАН. В итоге суперкомпьютерное моделирование позволило объяснить эффект самоорганизации структуры из микронных частиц в плазме, при котором в системе наблюдается аналог границы раздела кристалла и жидкости в классическом веществе.

Описанный эффект позволяет наблюдать устойчивое сосуществование фаз в неравновесной неидеальной системе пылевых частиц. Процессы в такой системе, в отличие от атомарных систем, можно исследовать на кинетическом уровне, возможно даже увидеть систему невооружённым взглядом за счёт больших расстояний между пылевыми частицами. Фазовые переходы в плазме с конденсированной дисперсной фазой исследуются около 30 лет, однако это первая работа, в которой создана экспериментально и объяснена теоретически плазменно-пылевая система, в которой устойчиво сосуществуют плотная неупорядоченная фаза и менее плотная упорядоченная фаза", - сказал руководитель исследования, заместитель директора по научной работе ОИВТ РАН, заместитель руководителя образовательной программы "Вычислительная физика конденсированного состояния и живых систем" МФТИ Алексей Тимофеев.

Работа имеет фундаментальное значение, так как ложится в обоснование использования пылевой плазмы в качестве экспериментального полигона для изучения свойств активной материи. Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты могут использоваться для описания поведения заряженных частиц в плазме технологических установок для травления микросхем, а также применяться для решения задачи удержания заряженных частиц в электростатических ловушках с различной конфигурацией. Такие ловушки активно используются для удержания ионов, в том числе при создании антивещества.

В новость внесена правка (14.09 14:06 мск) - в пятом абзаце указана еще одна должность Алексея Тимофеева - руководитель исследования, заместитель директора по научной работе ОИВТ РАН.