微小重力プラズマ中浮上帯電微粒子の精密操作法

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本研究で新しく開発した時間平均駆動法によって、プラズマ中の微粒子は1対の微細電極間の中央部に集められ、以下の特性をもつことが明かになった。1.一対の微細電極の片方をOFFすると、微粒子はON電極の近傍に集束し、その周りで球状のクーロン結晶を形成する。ON電極をOFFすることにより、クーロン結晶の崩壊過程が明らかにされた。2.微細電極を同時のON・OFFすることによる対称駆動力が、プエアズマ空間への微粒子雲の閉じ込めに重要であることが分かった。入射する微粒子の数を1つずつ増やしていくことにより、微粒子クラスターの形成過程が明らかになった。これらの構造は理論的な予測と良い一致を示した。微粒子数が多いとき、印加する電圧によって球状から楕円状に形状を制御できる。3.微小重力実験の解析結果から、時間平均駆動法によって形成された微粒子雲はボイドを含まず、ほぼプラズマ中央に補足されることが分かった。微粒子数が少ない時、シェル状の微粒子雲が形成された。微粒子数が多いとき、中央部の結晶構造を取り囲むシェル状構造が観測された。4.時間平均駆動法のシミュレーションコードが開発され、微粒子構造の特性が理論的に解析できるようになった。これにより、微小重力下で3次元球対称の微粒子結晶を形成するための評価が可能となる。本新方式により、微粒子を1つ1つ操作し、クーロンクラスターやクーロン結晶形成の精密な制御が可能であることが示された。