Ein-Komponenten-Plasmen
Plasmen, die nur aus Elektronen oder Ionen bestehen, nennt man Ein-Komponenten-Plasmen (one component plasma, OCP). Auch hier spricht man erst dann von einem Plasma, wenn in der Debye-Kugel viele Teilchen sind. Das erscheint in einem nicht-neutralen Plasma etwas ungewöhnlich, doch ist diese Bedingung identisch mit der Bedingung, dass der kleinstmögliche Abstand, den zwei sich natürlich abstoßende Teilchen während der thermischen Bewegung erreichen können, viel größer ist als ihr mittlerer Abstand. Spannend wird es besonders dann, wenn diese beiden Distanzen vergleichbar werden. Dann sind die Teilchen stark gekoppelt und es kann zu einem Phasenübergang kommen. Ein Plasmakristall ist die Folge.
Zwei Verfahren wurden in den letzten Jahren immer weiter verfeinert, um solche OCPs gut einzuschließen. Eine Malmberg-Penning Falle besteht im einfachsten Fall aus drei axial angeordneten, metallischen Zylindern. Ein von außen angelegtes Magnetfeld ist collinear mit der Zylinderachse und reduziert die radiale Bewegung der Teilchen. Zusätzlich legt man noch ein elektrostatisches Potential an die beiden Endzylinder an, das so gepolt ist, dass es die Teilchen in dem Hauptzylinder von beiden Seiten abstößt und damit einschließt. Da in einem solchen System zusätzlich zur energieerhaltung auch der Drehimpuls erhalten bleibt, kann man zeigen, dass die Plasmen viel besser konfiniert sind als die neutralen Plasmen beim magnetischen Einschluss. Beim zweiten Verfahren legt am an eine ähnliche Anordnung hochfrequente, elektrische Wechselfelder an, wodurch sich auch optimaler Einschluss ermöglichen läßt.
Besteht das OCP aus Ionen, so kann man mit Lasern deren Temperatur reduzieren (laser cooling) und damit den Übergang vom eigentlichen Plasmazustand zu dem Kristallzustand genau studieren. Da die termische Verbreiterung der emittierten und absorbierten Strahlung dabei auch reduziert wird, versucht man solche eingeschlossenen Ionen auch als Frequenznormale für hochgenaue Atomuhren zu verwenden.
Schließlich versucht man auch mit solchen Anordnungen Anti-Materie, nämlich Anti-Hydrogen herzustellen, also ein Positron (statt einem Elektron) mit einem Anti-Proton (statt einem Proton) zu paaren.
Hier ein paar Forschungsgruppen, die sich mit Ein-Komponenten-Plasmen beschäftigen:
→ Electron and ion plasmas in axial confinement
→ Positron plasmas in RF traps
→ Anti-hydrogen