Магнитные поля помогут создавать наноматериалы с заданными свойствами

Визуализация пылевых наночастиц, взвешенных в светящемся плазменном облаке, где магнитные поля направляют их движение и рост, демонстрируя, как даже слабый магнетизм может преобразовывать материю на наноуровне. Автор: Plasma Group, Department of Physics, Auburn University

Представьте себе облако, которое светится как неоновая вывеска, но вместо капель дождя оно содержит бесчисленные микроскопические пылевые частицы, парящие в воздухе. Это — пылевая плазма, причудливое состояние материи, встречающееся как в глубоком космосе, так и в лаборатории.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review E, физики из Обернского университета сообщают, что даже слабые магнитные поля могут изменять поведение этих пылевых плазм — замедляя или ускоряя рост взвешенных внутри наночастиц. Их эксперименты показывают, что когда магнитное поле заставляет электроны двигаться по спиральным траекториям, вся плазма перестраивается, изменяя то, как частицы заряжаются и растут.

«Пылевые плазмы — это как крошечные частицы в вакуумной камере, — сказал Бхавеш Рамкорун, ведущий автор исследования. — Мы обнаружили, что, вводя магнитные поля, мы можем заставить эти частицы расти быстрее или медленнее, и в результате пылевые частицы приобретают совершенно разные размеры и время жизни».

Исследователи выращивали углеродные наночастицы, воспламеняя смесь аргона и ацетилена. В обычных условиях частицы растут стабильно около двух минут, прежде чем уносятся прочь. При воздействии магнитных полей цикл резко сокращался — иногда до менее минуты — и частицы оставались меньшего размера.

«Поразительно, насколько чувствительна система, — пояснил соавтор Саикат Такур. — Электроны — самые легкие игроки в плазме, но когда они намагничиваются, они диктуют правила. Это простое изменение может полностью изменить то, как формируются наноматериалы».

Результаты могут помочь ученым разработать новые плазменные методы для создания наночастиц с заданными свойствами для электроники, покрытий и квантовых устройств. В то же время они предлагают новое понимание природных плазм в космосе — от планетарных колец до солнечной атмосферы, где пыль и магнитные поля постоянно взаимодействуют.

«Плазма составляет большую часть видимой Вселенной, а пыль есть повсюду, — добавил Рамкорун. — Изучая то, как мельчайшие силы формируют эти системы, мы раскрываем закономерности, которые связывают лабораторию с космосом».

Больше информации: Bhavesh Ramkorun et al, Electron magnetization effects on carbonaceous dusty nanoparticles grown in Ar−C2H2 capacitively coupled nonthermal plasma, Physical Review B (2025). DOI: 10.1103/3d3h-rkmb. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2504.21217

Источник: Auburn University