Científicos del Instituto de Física P.N. Lebedev de la Academia Rusa de Ciencias, MIPT y MSU han registrado por primera vez un límite nítido en la transición entre dos mecanismos de generación de plasma en una descarga eléctrica. Los resultados del estudio, apoyado por una subvención de la Russian Science Foundation, se publicaron en la revista Applied Physics Letters.
En los experimentos se utilizó un cátodo de cobre de 100 micrómetros de espesor y una distancia entre electrodos de aproximadamente 2 mm. El proceso se filmó utilizando imágenes láser de picosegundos, 18 fotogramas por pulso con resolución de nanosegundos. Esto permitió ver en detalle lo que sucede en la superficie del cátodo en los primeros momentos después de la ruptura.
A presiones superiores a 100 mm de mercurio, la descarga sigue un escenario de "explosión": las irregularidades microscópicas en el cátodo se evaporan bajo la acción del campo, formando una nube de plasma metálico. La densidad de electrones en ella es 10 veces mayor de lo que se puede obtener con la ionización completa del aire. Todo el proceso dura menos de un nanosegundo.
Si la presión cae por debajo del umbral, el mecanismo explosivo desaparece: la descarga se mantiene solo por la ionización del gas. Según explicaron los investigadores, esto se debe al debilitamiento del campo local en la superficie del cátodo debido a la expansión de la capa catódica.
El descubrimiento permite controlar los procesos de formación de plasma en la energía pulsada y en la síntesis de nanopartículas metálicas. Dependiendo de la presión, se puede intensificar la destrucción del cátodo y obtener más nanopartículas, o minimizar el desgaste de los electrodos, aumentando la fiabilidad de los dispositivos de alto voltaje. Los planes de los científicos incluyen el estudio de las propiedades de las nanopartículas formadas y la escalabilidad del efecto a sistemas de múltiples puntas.
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