We report observation of the dust ionization waves (DIWs) excited by an external oscillating electric field on the Plasma Kristall-4 facility under microgravity conditions. It is shown that at the smallest excitation amplitude, the waves are linear, and the dispersion relation can be deduced from the experimental data. The microparticle oscillations are represented as a superposition of two longitudinal waves propagating in the opposite directions. In the investigated range of excitation frequency, the wavenumber is not directly proportional to the frequency, and the phase velocity is almost proportional to the frequency. We propose an interpretation of DIW assuming that the microparticle effect on the recombination rate rather than the microparticle subsystem compressibility is responsible for the wave propagation. The calculated phase velocity of DIW is compatible with the experimental one.

1.
Complex and Dusty Plasmas: From Laboratory to Space
, Series in Plasma Physics, edited by
V. E.
Fortov
and
G. E.
Morfill
(
CRC Press
,
Boca Raton, FL
,
2010
).
2.
J. H.
Chu
and
I.
Lin
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
4009
(
1994
).
3.
H.
Thomas
,
G. E.
Morfill
,
V.
Demmel
,
J.
Goree
,
B.
Feuerbacher
, and
D.
Möhlmann
,
Phys. Rev. Lett.
73
,
652
(
1994
).
4.
Y.
Hayashi
and
S.
Tashibana
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
33
,
L804
(
1994
).
5.
N. N.
Rao
,
P. K.
Shukla
, and
M. Y.
Yu
,
Planet. Space Sci.
38
,
543
(
1990
).
7.
R. L.
Merlino
,
J. Plasma Phys.
80
,
773
(
2014
).
8.
F.
Melandso
,
Phys. Plasmas
3
,
3890
(
1996
).
9.
H.
Ohta
and
S.
Hamaguchi
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
6026
(
2000
).
10.
M.
Rosenberg
and
G.
Kalman
,
Phys. Rev. E
56
,
7166
(
1997
).
11.
G.
Kalman
,
M.
Rosenberg
, and
H. E.
DeWitt
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
6030
(
2000
).
12.
D. I.
Zhukhovitskii
,
Phys. Rev. E
92
,
023108
(
2015
).
13.
D. I.
Zhukhovitskii
,
Phys. Plasmas
28
,
073701
(
2021
).
14.
R.
Mishra
and
M.
Dey
,
Phys. Scr.
93
,
045601
(
2018
).
15.
R.
Mishra
and
M.
Dey
,
Phys. Scr.
93
,
085601
(
2018
).
16.
A.
Barkan
,
R. L.
Merlino
, and
N.
D'angelo
,
Phys. Plasmas
2
,
3563
(
1995
).
17.
C.
Thompson
,
A.
Barkan
,
N.
D'angelo
, and
R. L.
Merlino
,
Phys. Plasmas
4
,
2331
(
1997
).
18.
V. E.
Fortov
,
A. G.
Khrapak
,
S. A.
Khrapak
,
V. I.
Molotkov
,
A. P.
Nefedov
,
O. F.
Petrov
, and
V. M.
Torchinsky
,
Phys. Plasmas
7
,
1374
(
2000
).
19.
A.
Homann
,
A.
Melzer
,
S.
Peters
,
R.
Madani
, and
A.
Piel
,
Phys. Lett. A
242
,
173
(
1998
).
20.
A.
Piel
and
A.
Melzer
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
44
,
R1
(
2002
).
21.
S.
Nunomura
,
D.
Samsonov
, and
J.
Goree
,
Phys. Rev. E
84
,
5141
(
2000
).
22.
S.
Khrapak
,
D.
Samsonov
,
G.
Morfill
,
H.
Thomas
,
V.
Yaroshenko
,
H.
Rothermel
,
T.
Hagl
,
V.
Fortov
,
A.
Nefedov
,
V.
Molotkov
,
O.
Petrov
,
A.
Lipaev
,
A.
Ivanov
, and
Y.
Baturin
,
Phys. Plasmas
10
,
1
4
(
2003
).
23.
S. V.
Annibaldi
,
A. V.
Ivlev
,
U.
Konopka
,
S.
Ratynskaia
,
H. M.
Thomas
,
G. E.
Morfill
,
A. M.
Lipaev
,
V. I.
Molotkov
,
O. F.
Petrov
, and
V. E.
Fortov
,
New J. Phys.
9
,
327
(
2007
).
24.
M.
Schwabe
,
S. K.
Zhdanov
,
H. M.
Thomas
,
A. V.
Ivlev
,
M.
Rubin-Zuzic
,
G. E.
Morfill
,
V. I.
Molotkov
,
A. M.
Lipaev
,
V. E.
Fortov
, and
T.
Reiter
,
New J. Phys.
10
,
033037
(
2008
).
25.
L.
Yang
,
M.
Schwabe
,
S.
Zhdanov
,
H. M.
Thomas
,
A. M.
Lipaev
,
V. I.
Molotkov
,
V. E.
Fortov
,
J.
Zhang
, and
C.-R.
Du
,
Europhys. Lett.
117
,
25001
(
2017
).
26.
S.
Jaiswal
,
M. Y.
Pustylnik
,
S.
Zhdanov
,
H. M.
Thomas
,
A. M.
Lipaev
,
A. D.
Usachev
,
V. I.
Molotkov
,
V. E.
Fortov
,
M. H.
Thoma
, and
O. V.
Novitskii
,
Phys. Plasmas
25
,
083705
(
2018
).
27.
V. V.
Yaroshenko
,
S. A.
Khrapak
,
M. Y.
Pustylnik
,
H. M.
Thomas
,
S.
Jaiswal
,
A. M.
Lipaev
,
A. D.
Usachev
,
O. F.
Petrov
, and
V. E.
Fortov
,
Phys. Plasmas
26
,
053702
(
2019
).
28.
M.
Schwabe
,
S. A.
Khrapak
,
S. K.
Zhdanov
,
M. Y.
Pustylnik
,
C.
Raeth
,
M.
Fink
,
M.
Kretschmer
,
A. M.
Lipaev
,
V. I.
Molotkov
,
A. S.
Schmitz
,
M. H.
Thoma
,
A. D.
Usachev
,
V. A.
Zobnin
,
I. G.
Padalka
,
V. E.
Fortov
,
O. F.
Petrov
, and
H. M.
Thomas
,
New J. Phys.
22
,
083079
(
2020
).
29.
J.
Goree
,
B.
Liu
,
M. Y.
Pustylnik
,
H. M.
Thomas
,
V. E.
Fortov
,
A. M.
Lipaev
,
V. I.
Molotkov
,
A. D.
Usachev
,
O. F.
Petrov
,
M. H.
Thoma
,
E.
Thomas
, Jr.
,
U.
Konopka
, and
S.
Prokopiev
,
Phys. Plasmas
27
,
123701
(
2020
).
30.
A.
Piel
,
O.
Arp
,
M.
Klindworth
, and
A.
Melzer
,
Phys. Rev. E
77
,
026407
(
2008
).
31.
O.
Arp
,
D.
Caliebe
, and
A.
Piel
,
Phys. Rev. E
83
,
066404
(
2011
).
32.
D.
Caliebe
,
O.
Arp
, and
A.
Piel
,
Phys. Plasmas
18
,
073702
(
2011
).
33.
K.
Jiang
,
V.
Nosenko
,
Y. F.
Li
,
M.
Schwabe
,
U.
Konopka
,
A. V.
Ivlev
,
V. E.
Fortov
,
V. I.
Molotkov
,
A. M.
Lipaev
,
O. F.
Petrov
,
M. V.
Turin
,
H. M.
Thomas
, and
G. E.
Morfill
,
Europhys. Lett.
85
,
45002
(
2009
).
34.
M.
Schwabe
,
K.
Jiang
,
S.
Zhdanov
,
T.
Hagl
,
P.
Huber
,
A. V.
Ivlev
,
A. M.
Lipaev
,
V. I.
Molotkov
,
V. N.
Naumkin
,
K. R.
Sütterlin
,
H. M.
Thomas
,
V. E.
Fortov
,
G. E.
Morfill
,
A.
Skvortsov
, and
S.
Volkov
,
Europhys. Lett.
96
,
55001
(
2011
).
35.
D. I.
Zhukhovitskii
,
V. E.
Fortov
,
V. I.
Molotkov
,
A. M.
Lipaev
,
V. N.
Naumkin
,
H. M.
Thomas
,
A. V.
Ivlev
,
M.
Schwabe
, and
G. E.
Morfill
,
Phys. Plasmas
22
,
023701
(
2015
).
36.
A.
Usachev
,
A.
Zobnin
,
O.
Petrov
,
V.
Fortov
,
M. H.
Thoma
,
H.
Höfner
,
M.
Fink
,
A.
Ivlev
, and
G.
Morfill
,
New J. Phys.
16
,
053028
(
2014
).
37.
P. S.
Landa
,
N. A.
Miskinova
, and
Y. V.
Ponomarev
,
Sov. Phys.-Usp.
23
,
813
(
1980
).
38.
M. Y.
Pustylnik
,
M. A.
Fink
,
V.
Nosenko
,
T.
Antonova
,
T.
Hagl
,
H. M.
Thomas
,
A. V.
Zobnin
,
A. M.
Lipaev
,
A. D.
Usachev
,
V. I.
Molotkov
,
O. F.
Petrov
,
V. E.
Fortov
,
C.
Rau
,
C.
Deysenroth
,
S.
Albrecht
,
M.
Kretschmer
,
M. H.
Thoma
,
G. E.
Morfill
,
R.
Seurig
,
A.
Stettner
,
V. A.
Alyamovskaya
,
A.
Orr
,
E.
Kufner
,
E. G.
Lavrenko
,
G. I.
Padalka
,
E. O.
Serova
,
A. M.
Samokutyayev
, and
S.
Christoforetti
,
Rev. Sci. Instrum.
87
,
093505
(
2016
).
39.
W.
Thielicke
and
E. J.
Stamhuis
,
J. Open Res. Software
2
(
1
),
e30
(
2014
).
40.
V. N.
Naumkin
,
D. I.
Zhukhovitskii
,
V. I.
Molotkov
,
A. M.
Lipaev
,
V. E.
Fortov
,
H. M.
Thomas
,
P.
Huber
, and
G. E.
Morfill
,
Phys. Rev. E
94
,
033204
(
2016
).
41.
D. I.
Zhukhovitskii
,
Phys. Plasmas
26
,
063702
(
2019
).
42.
S. A.
Khrapak
,
B. A.
Klumov
,
P.
Huber
,
V. I.
Molotkov
,
A. M.
Lipaev
,
V. N.
Naumkin
,
A. V.
Ivlev
,
H. M.
Thomas
,
M.
Schwabe
,
G. E.
Morfill
,
O. F.
Petrov
,
V. E.
Fortov
,
Y.
Malentschenko
, and
S.
Volkov
,
Phys. Rev. E
85
,
066407
(
2012
).
43.
T.
Antonova
,
S. A.
Khrapak
,
M. Y.
Pustylnik
,
M.
Rubin-Zuzic
,
H. M.
Thomas
,
A. M.
Lipaev
,
A. D.
Usachev
,
V. I.
Molotkov
, and
M. H.
Thoma
,
Phys. Plasmas
26
,
113703
(
2019
).
You do not currently have access to this content.