Untersuchung von 3-D Plasmakristallen

Komplexe Plasmen bestehen aus geladenen Mikropartikeln, die in ein
teil- weise ionisiertes Gas, ein Plasma, eingebettet sind. Die
Mikropartikel treten in Wechselwirkung, ihre Dynamik wird vom Gas
nur schwach gedämpft. Auf- grund ihrer Größe können die Partikel
mikroskopisch beobachtet werden und ihre Positionen bestimmt, sowie
ihre Dynamik untersucht werden. Komple- xe Plasmen sind daher ein
ideales Modellsystem, um Vorgänge in Fluiden, Festkörpern und bei
Phasenübergängen zu studieren. In dieser Arbeit werden insbesondere
die Vorgänge während der Kristal- lisation betrachtet. Ein
3-dimensionaler Plasmakristall wird aufgeschmolzen, um ihn
anschließend wieder kristallisieren zu lassen. Dabei wird
wiederholt die Position der Teilchen innerhalb der Wolke gemessen
und ihre Struktur mit der von idealen Kristallen verglichen. So
kann man Teilchen individu- ell einer bestimmten Struktur zuweisen.
Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur die Anteile einer
bestimmten Kristallordnung, sondern auch deren exakte räumliche
Verteilung zu bestimmen. Das Ergebnis dieser Analyse wird
verwendet, um kristalline und flüssige Regionen zu identifizieren,
sowie die Grenzflächen dazwischen zu bestimmen. Die zeitliche
Entwicklung der Struktur von flüssig über hexagonal-dichteste
Kugelpackung hin zu kubisch-flächenzentrierter Ordnung wird mit
einem Mo- dell erklärt. Der Kristallisationsprozess wird mit einer
molekulardynamischen Simu- lation nachvollzogen. Es wird die
gleiche zeitliche Entwicklung der Kristall- strukturen beobachtet.
Da die Experimente unter Einfluss der Schwerkraft durchgeführt
werden, ergibt sich ein höhenabhängiger Druck innerhalb der
Teilchenwolke. Mit Hilfe der Teilchendichte wird dieser Druck
bestimmt. Im Vergleich der Kristallisa- tion verschiedener
Teilchengrößen wird der Einfluss dieses Druckes sowie der
unterschiedlichen Ladung und Dämpfung der Teilchen gezeigt.