Salpicadura de baño de helio

Un fenómeno sorprendente

04.01.2022 - Austria

Mientras trabajaban con nanogotas de helio, los científicos de la Universidad de Innsbruck (Austria) han descubierto un fenómeno sorprendente: Cuando las gotas ultrafrías chocan contra una superficie dura, se comportan como gotas de agua. De este modo, los iones con los que estaban previamente dopadas quedan protegidos en el impacto y no se neutralizan.

En el Departamento de Física de Iones y Física Aplicada de la Universidad de Innsbruck, el grupo de investigación de Paul Scheier lleva unos 15 años utilizando nanogotas de helio para estudiar los iones con métodos de espectrometría de masas. Mediante una boquilla supersónica, se pueden producir minúsculas nanodrojitas de helio superfluido con temperaturas inferiores a un grado Kelvin. Se pueden dopar muy eficazmente con átomos y moléculas. En el caso de las gotas ionizadas, las partículas de interés se adhieren a las cargas, que luego se miden en el espectrómetro de masas. Durante sus experimentos, los científicos se han topado con un interesante fenómeno que ha cambiado fundamentalmente su trabajo. "Para nosotros, esto ha cambiado el juego", dice Fabio Zappa, del equipo de nano-biofísica. "Todo en nuestro laboratorio se hace ahora con este método recién descubierto". Los investigadores han publicado los resultados de sus estudios en Physical Review Letters.

Un fenómeno sorprendente

Cuando se disparan partículas cargadas contra una placa metálica, éstas son normalmente neutralizadas por los numerosos electrones libres que hay en la superficie del metal. Entonces ya no pueden medirse en el espectrómetro de masas. Pero cuando los iones se empaquetan en una nanodropleta de helio, quedan protegidos en el impacto y salen volando en todas direcciones con unos pocos átomos de helio débilmente unidos. "Aparentemente, los iones están protegidos por el helio", afirma Zappa. Todavía no comprende del todo el mecanismo subyacente. "Pero hay algunas pruebas de que el helio pierde su propiedad de superfluido antes del impacto y luego se comporta como un líquido, salpicando la superficie y sólo entonces se evapora parcialmente". Otra posible razón podría ser que las primeras gotas se evaporan en la superficie, formando una capa de gas que frena las gotas posteriores y, de este modo, las protege de la evaporación. Sólo las investigaciones posteriores demostrarán si una de estas explicaciones es correcta o si hay otras razones. El hecho de que este método también funcione con iones negativos, que normalmente son muy frágiles, indica a los científicos un fuerte efecto del fenómeno hasta ahora desconocido.

Beneficios de la nanotecnología

Con este descubrimiento, el equipo de Paul Scheier no sólo ha mejorado su propio método de medición, sino que también ha obtenido importantes conocimientos para otros grupos de investigación que, por ejemplo, se ocupan de la deposición de nanopartículas en superficies. "Las nanopartículas metálicas son un gran ejemplo de ello", explica Scheier. "En muchas tecnologías modernas se encuentran nanopartículas metálicas que tienen propiedades muy específicas". El hecho de que la generación de estas nanopelículas pueda ser a menudo muy ineficiente también podría estar relacionado con el fenómeno descubierto ahora en Innsbruck.

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Publicación original

Paul Martini, Simon Albertini, Felix Laimer, Miriam Meyer, Michael Gatchell, Olof Echt, Fabio Zappa, and Paul Scheier; "Splashing of large helium nanodroplets upon surface collisions"; Phys. Rev. Lett.; 2021, 127, 263401

https://www.quimica.es/noticias/1174170/salpicadura-de-bano-de-helio.html