Single Janus particles in a complex plasma environment

In the present work, the new field of active particles in a plasma environment is explored experimentally. The particles used were the so-called Janus particles, named so after the two-faced Roman god. With two halves of them having different properties, the Janus particles are known to be active (display self-propulsion) in certain aqueous solutions. The aim of the present work is to investigate whether they are also active when suspended in a low-temperature weakly ionized plasma. The Janus particles used are melamine-formaldehyde microspheres with a diameter of 9.27(10)µm; one half of them was coated with a 10.0(1)nm layer of platinum. The chief result of the present work is that they are active in a plasma environment. The forces which can potentially act as propulsion mechanisms in a plasma environment are investigated both theoretically and experimentally. These forces include the "photophoresis" due to different accommodation coefficients on the particle sides and, when a stronger laser light is used to illuminate the particle, also photophoresis due to a temperature gradient on the particle surface and the radiation pressure force.

Nel presente lavoro viene investigato dal punto di vista sperimentale un campo mai esplorato prima: particelle attive in ambiente di plasma complesso. Le particelle Giano, una speciale categoria di particelle attive in soluzione acquosa grazie a particolari proprieta' di anisotropia spaziale, sono sospese in un plasma freddo debolmente ionizzato con l'obiettivo di scoprire se esse siano attive anche in questo ambiente. Le possibili forze agenti come meccanismi di propulsione nel plasma sono investigate prima teoricamente e poi sperimentalmente. Le particelle Giano utilizzate sono sfere di melamina-formaldeide dal diamentro di 9.27(10)µm, ricoperte per meta' da uno strato di 10.0(1)nm di platino. Il risultato del presente lavoro e' che esse sono attive nel plasma e che i meccanismi di propulsione sono, in caso di assenza di forti sorgenti di luce, "fotoforesi" legata ai diversi coefficienti di accomodamento di melamina e platino, e, nel caso in cui un laser di illuminazione venga usato, una combinazione del meccanismo "fotoforetico" con pressione di radiazione alternata e fotoforesi legata a un gradiente di temperatura sulla particella.