تذبذب البلازما يسخن الإلكترونات

حل الباحثون سر تسخين الإلكترون في البلازما منخفضة الحرارة

يقترن بالسعة بلازما عالية التردد في التجربة © RUB
قراءة بصوت عال

اكتشف باحثو بوخوم الآن سر تسخين الإلكترون في البلازما ذات درجات الحرارة المنخفضة - وبالتالي وجدوا إجابة على السؤال المستمر منذ عقود حول سبب تسخين الإلكترونات في هذه البلازما: بسبب السلوك غير الخطي للطبقة السطحية ، يتدفق التيار الكهربائي في البلازما نفسها ، يرتبط مباشرة مع هذا هو زيادة في الطاقة الكهربائية ، وبالتالي أيضا في تسخين البلازما.

حول هذه الآلية غير المعروفة حتى الآن ، ما يسمى بـ "تسخين الرنين الإلكتروني غير الخطي" ، أفاد الباحثون من مركز التميز "علوم وتكنولوجيا البلازما" (CPST) التابع لجامعة روهر بوخوم (RUB) في العدد الحالي من مجلة "Physical مراجعة الحروف ".

فهم بعد 30 سنة

من خلال نتائج أبحاثهم ، يساعد مهندسا كهرباء بوخوم توماس موسنبروك والبروفيسور رالف بيتر برينكمان ، مع زملائه من جامعة كاليفورنيا في بيركلي والأستاذ مايك ليبرمان ، على فهم أساسي لما يسمى بالبلازما ذات درجات الحرارة المنخفضة بالسعة منذ أكثر من 30 عامًا.

"منذ سبعينيات القرن الماضي ، كان هناك نقاش فني حيوي حول أداء البلازما ، لكنه لم يؤد إلى أي نتائج قاطعة. يقول موسنبروك: "على وجه الخصوص ، الآلية الدقيقة لاقتران الطاقة غير مفهومة تمامًا". "منذ اكتشاف البلازما واستغلالها ، هناك اختلافات واضحة بين التوقعات النظرية لسلوك البلازما والقياسات الفعلية." توفر الآلية المكتشفة في RUB نهجًا جديدًا لشرح آليات التسخين تمامًا في البلازما منخفضة الحرارة لأول مرة.

بلازما متنوعة

بدون بلازما ، بدون بنتيوم: بمساعدة غازات متحمسة كهربائياً ، يمكن طبع الهياكل على الرقائق الدقيقة ، على سبيل المثال ، عن طريق إزالة أو ترسيب المواد البخارية في نطاق النانومتر. تمثل العمليات القائمة على البلازما اليوم حوالي نصف جميع خطوات العملية في مجال الإلكترونيات الدقيقة. ليس فقط هنا ، لا غنى عن البلازما ، ولكن أيضًا في تكنولوجيا الإضاءة والبيئة والطبية. عرض

واحدة من الخصائص الخاصة للبلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة المستخدمة هي الإلكترونات الموجودة بدرجات حرارة تصل إلى 10000 درجة مئوية - على عكس الأيونات الموجودة والذرات والجزيئات المحايدة الباردة في درجة حرارة الغرفة القريبة - على عكس الشمس مثل البلازما ذات درجة الحرارة العالية. فقط هذا الخلل الحراري يسمح بالتفاعلات الكيميائية وغيرها من العمليات ، مما يجعل البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة متعددة الاستخدامات.

المفتاح للاستخدام المستهدف

لم يتم بعد توضيح مسألة لماذا يمكن أن تصبح الإلكترونات ساخنة جدًا ، خاصة في ضغوط الغاز المنخفضة جدًا. من الناحية النظرية والتجريبية ، تمكن الباحثون في CPST من إظهار تسخين الرنين الإلكتروني غير الخطي. أساس الآلية هو ميل البلازما للاهتزاز. من خلال إثارة بعض الاهتزازات - استنادًا إلى السلوك غير الخطي لما يسمى طبقة حافة البلازما - يتم طرح التيار الكهربائي المتدفق في البلازما.

أظهرت الدراسات النظرية أن تسخين الرنين الإلكتروني يمكن أن يزيد من ضعف كفاءة اقتران الطاقة. أكدت التجارب المختبرية في CPST للأستاذ Uwe Czarnetzki والأستاذ بيتر أواكوفيتش هذه النتيجة.

في الوقت نفسه ، يوفر الباحثون RUB نقطة انطلاق جديدة لفهم كيفية إثارة البلازما بالكهرباء من أجل توليدها بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. يقول موسنبروك: "يمكن التحكم في صدى الإلكترون بشكل انتقائي من أجل تفعيل الآلية".

(idw - جامعة روهر بوخوم ، 29.08.2008 - DLO)