Nanoburbujas en nanodroplacas
Los investigadores investigan la reacción ultrarrápida del helio superfluido desencadenada por pulsos de láser ultravioleta extremos
Un equipo encabezado por el profesor Frank Stienkemeier del Instituto de Física de Friburgo y el Dr. Marcel Mudrich, profesor de la Universidad de Aarhus en Dinamarca, ha observado la reacción ultrarrápida de las nanodroplacas de helio tras su excitación con radiación ultravioleta extrema (XUV) mediante un láser de electrones libres en tiempo real.
Excitación de nanodroplacas de helio por medio de pulsos láser ultracortos.
AG Stienkemeier
Los láseres que generan pulsos de rayos X y XUV de alta intensidad y ultracorta duración proporcionan a los investigadores nuevas opciones para investigar las propiedades fundamentales de la materia con gran detalle. En muchos de estos experimentos, las muestras de materiales en el rango de los nanómetros son de particular interés. Algunos científicos utilizan gotas de helio de no más de unos pocos nanómetros como medio de transporte y estudio de las moléculas incrustadas y las nanoestructuras moleculares. Las gotitas de helio son ideales para este propósito porque poseen propiedades extraordinarias. A una temperatura extremadamente baja de sólo 0,37 grados sobre el cero absoluto, se mueven sin fricción y por lo tanto se consideran superfluidos. Además, las gotas de helio suelen ser inertes a los procesos químicos de las moléculas incrustadas y son completamente transparentes a la luz visible e infrarroja.
El equipo dirigido por Stienkemeier y Mudrich quería averiguar cómo reacciona una de estas gotas superfluidas cuando es golpeada directamente por un intenso pulso de láser XUV. Los investigadores usaron el primer y único láser de electrón libre sembrado del mundo, FERMI, en Trieste, Italia, que entrega pulsos XUV de alta intensidad a una longitud de onda establecida por el equipo. Apoyándose en los cálculos del modelo, los investigadores identificaron tres pasos elementales de reacción: Una muy rápida localización de electrones, la población de estados metaestables, y la formación de una burbuja que eventualmente estalla en la superficie de las gotas y expulsa un solo átomo de helio excitado.
"Por primera vez, hemos conseguido seguir directamente estos procesos en helio superfluido, que tienen lugar en un tiempo extremadamente corto", dice Mudrich. "Los resultados ayudan a entender cómo las nanopartículas interactúan con la radiación energética y luego se descomponen", añade Stienkemeier. "Esta es una información esencial para el trabajo que tiene como objetivo la imagen directa de las nanopartículas individuales", explica, "ya que se está llevando a cabo en nuevas fuentes de radiación intensa como el láser europeo de rayos X XFEL en Hamburgo".
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