Dusty plasmas are a well accessible system to study crystallization of charged-particle systems at room temperature. The large mass compared to atomic particles dramatically slows down the particle velocities. The high transparency of the system allows to trace simultaneously the motion of all particles with quasi-atomic resolution. After a brief overview, the progress in this field is exemplified by studies of spherical three-dimensional plasma crystals, the so-called Yukawa balls. The static structure and eigenmodes are explained in simple terms. It is shown that shielding modifies the expansion of a Yukawa ball from a self-similar explosion to a continuous ablation process that starts at the surface. The experimental progress with three-dimensional diagnostics and laser heating and sophisticated methods for visualising the order inside the shell structure are described. Together with quantifying the diffusion coefficient these investigations reveal the details of the solid-liquid phase transition. Besides thermodynamic aspects, the liquid phase of dusty plasmas also gives access to hydrodynamic phenomena at the individual particle scale.
ダストプラズマは、帯電粒子系の結晶化を室温で研究するための優れたアクセス可能な系である。巨視的な粒子の質量は原子粒子と比較して非常に大きいため、粒子速度は劇的に遅くなる。この系の高い透明性により、準原子分解能で全粒子の運動を同時に追跡することが可能となる。本稿では、まず概要を述べた後、球状三次元プラズマ結晶、いわゆる湯川ボールの研究における進展を例示する。静的構造と固有モードを簡潔に説明する。遮蔽が湯川ボールの膨張を、自己相似爆発から表面から始まる連続的アブレーション過程へと変化させることが示される。三次元診断とレーザー加熱、およびシェル構造内部の秩序を可視化する高度な手法を用いた実験的進展について述べる。拡散係数の定量化とともに、これらの研究は固液相転移の詳細を明らかにする。熱力学的側面に加えて、ダストプラズマの液相は、個々の粒子スケールでの流体力学的現象へのアクセスも提供する。