Plasma creato in laboratorio con nanofili e laser a impulsi ultracorti

I ricercatori Zhanna Samsonova e Daniil Kartashov in laboratorio (credito: Jan-Peter Kasper/FSU)

Riscaldare un materiale con temperature comparabili a quelle che si trovano all’interno del sole può rivelarsi utile in molti campi di ricerca. Ad esempio scaldando molto alcune tipologie di materiali, i suoi atomi possono scontrarsi in modo che gli elettroni si separino ed in modo che il materiale stesso possa raggiungere un particolare stato della materia definito come plasma.

Più del 99% della materia che si trova nell’universo non esiste infatti sotto forma di materia solida, liquida o gassosa ma sotto forma di plasma. D’altronde la materia che compone le stelle per la maggior parte si trova sotto forma di plasma.
Tuttavia raggiungere temperature del genere in laboratorio è molto difficile. Un buon passo avanti in tal senso è stato effettuato da un gruppo di ricercatori dell’Università Friedrich Schiller di Jena.

In una ricerca apparsa su Physical Review X i ricercatori descrivono come hanno utilizzato fili di silicio con un diametro di poche centinaia di nanometri per facilitare la procedura onde riscaldare la materia laboratorio in modo da formare il plasma.

A descrivere il metodo è Christian Spielmann dell’Università di Jena: “Per riscaldare il materiale in modo tale da formare il plasma, abbiamo bisogno di energia corrispondente in modo corrispondente. Generalmente usiamo la luce sotto forma di un grande laser per fare questo. Tuttavia, questa luce deve essere a impulsi molto brevi, in modo che il materiale non si espanda immediatamente quando ha raggiunto la temperatura appropriata, ma tiene insieme il plasma denso per un breve periodo. Quando il raggio laser colpisce il campione, viene creato il plasma. Tuttavia, quasi immediatamente inizia a comportarsi come uno specchio e riflette una grande parte dell’energia in entrata, che quindi non riesce a penetrare completamente nella materia. Più lunga è la lunghezza d’onda dell’impulso laser, più critico è il problema”.

Come hanno risolto questo problema? Utilizzando campioni fatti di fili di silicio con un diametro misurabile in nanometri: “Siamo stati i primi a utilizzare un laser con una lunghezza d’onda così lunga per la creazione di plasma. La luce penetra tra i fili nel campione e li riscalda da tutti i lati, così che per pochi picosecondi si crea un volume di plasma significativamente più grande rispetto a quando il laser viene riflesso. Circa il 70% dell’energia riesce a penetrare nel campione. Inoltre, grazie ai brevi impulsi laser, il materiale riscaldato esiste leggermente più a lungo prima che si espanda. Infine, utilizzando la spettroscopia a raggi X, i ricercatori possono recuperare preziose informazioni sullo stato del materiale”.

Fonti e approfondimenti

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