Quantenplasmen

Quantenplasmen zijn plasmasystemen waarin quantummechanische effecten een significante rol spelen bij macrokosmische lengteschalen. Dit gebeurt bij hoge dichtheden of lage temperaturen, waardoor de de Broglie-lengte, degeneratie en de statistiek van Fermi-Dirac de dynamica bepalen. In dergelijke plasmaverbindingen gedragen fermionen zich niet als klassieke Boltzmann-deeltjes, maar volgens regels van quantumstatistiek, wat leidt tot quantum druk en andere intrinsieke quantumverschijnselen.

Het theoretische raamwerk voor quantum plasmas omvat onder meer quantum hydrodynamics (QHD), waarin een Bohm-potentiaal de diffractie en quantum druk weerspiegelt, en de Wigner-Poisson- of quantum-Kinetische benaderingen voor dynamisch gedrag op lagere niveaus. Voor sterk gekoppelde systemen worden ook dichtheidsfunctionaaltheorieën toegepast. Doorgaans combineren onderzoekers meerdere methoden om zowel degenerate als niet-degenerate regimes te beschrijven.

Belangrijke kenmerken van Quantenplasmen zijn onder meer degeneratie- en quantumdruk, diffractie-effecten die voortkomen uit deeltjesgolven, quantum screening en exchange-correlation effecten. De collectieve modi veranderen door kwantumeffecten en leiden tot verschijnselen zoals quantum Langmuir-plasmons. Spin- en magnetische effecten kunnen tevens een rol spelen in magnetised quantum plasmas.

Toepassingen en contexten zijn onder meer dichte astrophysische plasmas zoals de crust van witte dwergen en neutronensterren, evenals solid-state en nanoplasma’s in metalen en halfgeleiders. Laser-geproduceerde dense plasmas en ultracold plasmas leveren experimentele werelden waarin quantumplasma-dynamica wordt onderzocht. Het onderzoek helpt bij het modelleren van extreme omgevingen en draagt bij aan technologische ontwikkelingen in nanotechnologie en plasmasystemen.