Крупные нанокапли гелия брызгают, как вода, при столкновении с поверхностью

Когда ультрахолодные капли ударяются о твердую поверхность, они ведут себя как капли воды. Таким образом, ионы, которыми они были ранее легированы, остаются защищенными при ударе и не нейтрализуются.

Ионы, упакованные в нанокаплю гелия, остаются защищенными от ударов.

На кафедре ионной физики и прикладной физики исследовательская группа Пола Шейера уже около 15 лет использует нанокапли гелия для изучения ионов методами масс-спектрометрии. С помощью сверхзвукового сопла можно получить крошечные сверхтекучие нанокапли гелия с температурой менее одного градуса Кельвина. Их можно очень эффективно легировать атомами и молекулами. В случае ионизированных капель интересующие частицы прикрепляются к зарядам, которые затем измеряются масс-спектрометром. В ходе своих экспериментов ученые наткнулись на интересное явление, которое коренным образом изменило их работу.

«Для нас это изменило правила игры», — говорит Фабио Заппа из команды нано-биофизики. «Все в нашей лаборатории теперь выполняется с помощью этого недавно открытого метода». Исследователи опубликовали результаты своих исследований в Physical Review Letters.

Удивительное явление

Когда заряженные частицы стреляют в металлическую пластину, частицы обычно нейтрализуются множеством свободных электронов на поверхности металла. После этого их нельзя будет измерить в масс-спектрометре. Но когда ионы упакованы в нанокаплю гелия, они остаются защищенными от ударов и разлетаются во всех направлениях с несколькими слабосвязанными атомами гелия.

«Ионы, по-видимому, защищены гелием», — говорит Заппа. Он еще не до конца понимает лежащий в основе механизм.

«Но есть некоторые свидетельства того, что гелий теряет свои сверхтекучие свойства перед ударом, а затем ведет себя как жидкость, разбрызгиваясь от поверхности и лишь затем частично испаряясь».

Другая возможная причина может заключаться в том, что первые капли испаряются на поверхности, образуя слой газа, который замедляет последующие капли и, таким образом, защищает их от испарения. Только дальнейшие исследования покажут, правильно ли одно из этих объяснений или есть другие причины. Тот факт, что этот метод также работает с отрицательными ионами, которые обычно очень хрупкие, указывает ученым на сильное влияние ранее неизвестного явления.

Преимущества нанотехнологий

Благодаря этому открытию команда Пола Шейера не только улучшила свой собственный метод измерения, но и получила важные идеи для других исследовательских групп, которые, например, занимаются осаждением наночастиц на поверхности.

«Наночастицы металлов — отличный тому пример», — вспоминает Шайер. «Во многих современных технологиях обнаруживаются металлические наночастицы, которые обладают очень специфическими свойствами». Тот факт, что создание таких нанопленок часто может быть очень неэффективным, также может быть связан с явлением, которое сейчас обнаружено в Инсбруке.