Wenige Tage vor Weihnachten ist meine langjährige Kollegin, Beatrice Annaratone, gemeinsam mit ihrem Mann Arturo in einem Autounfall ums Leben gekommen. Beatrice war lange Mitarbeiterin an unserem Institut, bis sie dann mit ihrer Familie nach Südfrankreich gegangen, da Arturo am ITER arbeitete.

Ich habe von Beatrice viel gelernt, angefangen damit, dass sie die Kurse über Tieftemperaturplasmaphysik und die Physik Komplexer Plasmen, die ich besucht habe, gehalten hat. Aber auch privat war sie so etwas wie ein Vorbild für mich – sie hat es geschafft, ihre Karriere als Physikerin damit zu verbinden, drei wunderbare Kinder großzuziehen. Sie war die einzige Physikerin, die ich persönlich kannte, die dies erreicht hat.

Beatrice war ein sehr netter, fröhlicher Mensch, stets am Lachen und gut gelaunt und optimistisch. Ihr viel zu früher Tod und besonders dessen Umstände sind tragisch.

Da dies aber vor allem ein Physik-Blog ist, möchte ich hier über ihre Arbeit berichten. Ich suche dabei einen Artikel von ihr heraus, der mich persönlich besonders interessiert – sie hat viel publiziert, das es wert wäre, hier erwähnt zu werden.

Die Manipulation Komplexer Plasmen durch Radiofrequenz-Bias

B.M. Annaratone et al 2004 Plasma Phys. Control. Fusion 46 B495-B509

Wie ich in diesem Blog schon oft beschrieben habe, sind Komplexe Plasmen ionisierte Gase, in denen sich neben den neutralen Atomen, Ionen und Elektronen noch Mikrometer große Teilchen befinden. Diese Mikroteilchen laden sich durch den Fluss der Plasmateilchen auf, normalerweise stark negativ.

Beatrice und ihre Kollegen haben ein Komplexes Plasma in einer Plasmakammer erzeugt, bei der die untere Elektrode in viele kleine Pixel geteilt ist. So eine Elektrode nennt man "adaptiv". Jedes einzelne Pixel kann getrennt mit einer Radiofrequenz angesteuert werden. So können die Mikroteilchen in dem Komplexen Plasma genau kontrolliert werden.

Um die Struktur des Plasmas über dem aktiven Pixel zu untersuchen, haben Beatrice und ihre Mitarbeiter erst einmal Teilchen in dem Plasma wachsen lassen. Diese Teilchen sind nur Nanometer groß, können also nicht einzeln betrachtet werden. Man erkennt nur eine Art Nebel, der dem Potential des Plasmas folgt.

Das Bild zeigt ein Beispiel. Das helle Leuchten am unteren Rand ist der aktive Pixel auf der unteren Elektrode, die Punkte darüber die Teilchen.

Für die größeren Mikroteilchen wurde dann ein besonderes Abbildungsverfahren verwendet, bei dem die Teilchen mit drei Laserebenen angestrahlt werden. Jeder der Laser hat eine andere Wellenlänge, die separat analysiert werden kann. Die Intensität das Laserlichts ebenfalls unterschiedlich moduliert, so dass man mithilfe von zwei Kameras die dreidimensionalen Teilchenpositionen ermitteln kann. Wie das aussieht, demonstriert das folgende Bild.

Die rot-grünen Abbildung von der Größe 2.3 mm x 1.7 mm zeigt einen Cluster über dem aktiven Pixel. Die blauen Punkte stellen denselben Cluster dar, aber in einem Winkel von 90 Grad gesehen.

Durch unterschiedliche Einstellungen der Pixel der Elektrode kann kontrolliert werden, wie viele Teilchen in dem Cluster in der Schwebe gehalten werden. Je nach Anzahl der Teilchen gibt es stabile und weniger stabile Systeme. Einige bestimmte Teilchenanzahlen sind besonders stabil, das nennt man dann "magisch". Eine Doktorandin in unserer Gruppe, Tetyana Antonova, hat später über diese Cluster promoviert. Nicht nur Tetyana wird Beatrices Input und ihre fröhliche und optimistische Art vermissen.