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Accueil > A propos du LPP > Communication > Actualités archivées > 2022 > Surface charging memory effect demonstrated in pulsed helium plasma jet-target interaction

Surface charging memory effect demonstrated in pulsed helium plasma jet-target interaction

The existence of memory effects, i.e. leftover charges and reactive species that influence subsequent discharges, has long been assumed to have a crucial importance in the operation of DBDs. Memory effects can be present in the gas phase volume or on dielectric surfaces. In this work, a surface charging memory effect is demonstrated and quantified, by both directly measuring and simulating the spatial distribution of electric field inside a dielectric target impinged by pulsed helium plasma jets of different polarities. The diagnostic and the model have been developed at LPP, and this work has been performed in collaboration with Masaryk University, Czech Republic, The University of Liverpool, United Kingdom and the Eindhoven University of Technology, The Netherlands.

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Figure 1
Image d’émission optique obtenue expérimentalement à différents instants pendant la propagation de la décharge et l’interaction avec la cible diélectrique BSO, sous un pulse de 1 µs de longueur et -5 kV d’amplitude. La ligne en pointillé horizontale (distance=0) correspond à la fin du tube diélectrique. La cible est placée à 10 mm du bout du tube. On observe la propagation de l’onde d’ionisation vers la cible, l’allumage d’une seconde décharge sur la surface de la cible, et la reconnexion a lieu entre les deux décharges.

The examined memory effect consists in a significant amount of surface charges and electric field remaining in the target in between discharge pulses (200 μs off-time). The memory effect is especially important when using negative electric polarity. In that case, counter-intuitively, the target remains positively charged in between pulses. This is shown to directly impact the ionization wave dynamics, as the surface charges lead to the ignition of a second discharge on top of the target as the ionization wave approaches it. The reasons for the lack of target neutralization and the remainder of surface charges are investigated.

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Figure 2
Profils radiaux à différents instants de la composante axiale du champ électrique dans une cible diélectrique BSO (Ezav, lignes solides), obtenus par simulations et mesures, et de la densité de charge de surface simulée (σ, lignes en pointillé) sur la surface de la cible, pour les même conditions qu’en figure 1. t est l’instant de temps dans les expériences et ts est l’instant de temps dans les simulations. Ezav et σ positifs restent dans la cible entre les pulses.

Contacts at LPP : Olivier Guaitella and Anne Bourdon – Low-temperature Plasma Group

Source :
P. Viegas, E. Slikboer, Z. Bonaventura, E. Garcia-Caurel, O. Guaitella, A. Sobota and A. Bourdon
Quantification of surface charging memory effect in ionization wave dynamics
Scientific Reports 12, 1181 (2022)
https://doi.org/10.1038/s41598-022-04914-8


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