Nuevos conocimientos sobre el acoplamiento de energía en plasmas

Investigadores de la Universidad del Ruhr en Bochum (Alemania) y la Universidad de California en Berkeley (Estados Unidos) han descubierto un mecanismo para el acoplamiento de energía en plasmas de baja temperatura que mejora drásticamente nuestros conocimientos sobre el verdadero funcionamiento de estos versátiles plasmas artificiales.

El plasma es un gas ionizado, o un grupo de electrones e iones con libertad de movimiento, que es eléctricamente neutro y se encuentra en un estado de la materia distinto al gaseoso, el líquido y el sólido. Posee conductividad eléctrica y puede controlarse mediante campos electromagnéticos, lo que lo convierte en una aplicación ideal para numerosas tecnologías innovadoras.

Los plasmas de baja temperatura (o «tecnológicos») posibilitan multitud de adelantos en los campos relacionados con los microprocesadores, la iluminación y la ingeniería. Su versatilidad se atribuye en gran medida a su «no equilibrio térmico», en virtud del cual la diferencia de temperatura entre electrones muy calientes (con temperaturas que superan los 10.000 °C) e iones y átomos neutros comparativamente fríos puede aprovecharse para iniciar reacciones como las que se utilizan para formar la estructura de los microchips.

El mecanismo en concreto de acoplamiento de energía (el modo en que la energía producida en una reacción se transmite a otra) que hace posible este no equilibrio térmico, ha sido objeto de un acalorado debate. Se tiene un conocimiento general del proceso que permite que los electrones se calienten de forma tan drástica, sobre todo estando sometidos a presiones gaseosas muy bajas, pero aún había una laguna considerable entre lo que se comprendía mediante la teoría y lo que se podía demostrar en la práctica.

El Dr. Thomas Mussenbrock y sus compañeros han definido, en un estudio publicado en Physical Review Letters, el mecanismo de calentamiento de los electrones en los plasmas de baja temperatura tanto de forma teórica como experimental. Han demostrado de forma específica cómo oscilan estos plasmas y cómo esta propiedad controla el proceso de calentamiento de los electrones.

Los plasmas no son uniformes y sus propiedades difieren en los extremos. La tendencia del plasma a oscilar no es precisamente uniforme, puesto que puede tener distintos efectos en el llamado «envoltorio del plasma» (boundary sheath). A su vez, cualquier excitación de la oscilación en el envoltorio del plasma puede ocasionar una «autoexcitación» de la oscilación en la corriente eléctrica del propio plasma. El proceso, denominado «calentamiento por resonancia electrónica no lineal», puede al menos duplicar la eficiencia del acoplamiento de energía.

Los nuevos conocimientos sobre dicho proceso proporcionados por el Dr. Mussenbrock y sus colaboradores proporcionan arrojan luz sobre las propiedades de los plasmas de baja temperatura. Sus descubrimientos tienen amplias implicaciones en los campos de la energía, ingeniería, fabricación, iluminación, limpieza de superficies y eliminación de residuos, por nombrar algunos campos.

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Más información en: Universidad del Ruhr, Bochum, Universidad de California, Berkeley y Physical Review Letters