Ett team som leds av professor Frank Stienkemeier vid Freiburgs institut för fysik och doktor Marcel Mudrich, professor vid universitetet i Aarhus i Danmark, har observerat den ultrasnabba reaktionen av nanodroppar av helium efter excitation med extrem ultraviolett strålning (XUV) med hjälp av en fri-elektronlaser i realtid. Forskarna har publicerat sina fynd i det senaste numret av Naturkommunikation .

Lasrar som genererar högintensiva och ultrakorte XUV- och röntgenpulser ger forskare nya alternativ för att undersöka materiens grundläggande egenskaper i detalj. I många sådana experiment, materialprover i nanometerintervallet är av särskilt intresse. Vissa forskare använder heliumdroppar som inte är större än några nanometer som ett sätt att transportera och studera inbäddade molekyler och molekylära nanostrukturer. Heliumdroppar är idealiska för detta ändamål eftersom de har extraordinära egenskaper. Vid en extremt låg temperatur på endast 0,37 grader över absolut noll, de rör sig friktionsfritt och betraktas således som superfluider. Dessutom, heliumdroppar är vanligtvis inerta för de inbäddade molekylernas kemiska processer och är helt transparenta för infrarött och synligt ljus.

Teamet under ledning av Stienkemeier och Mudrich ville ta reda på hur en av dessa superfluiddroppar själv reagerar när den träffas direkt av en intensiv XUV -laserpuls. Forskarna använde världens första och enda seedade frilektronlaser FERMI i Trieste, Italien, som levererar högintensiva XUV-pulser vid en våglängd som ställts in av teamet. Stöds av modellberäkningar, forskarna identifierade tre elementära reaktionssteg:En mycket snabb lokalisering av elektroner, befolkningen i metastabila stater, och bildandet av en bubbla som så småningom spricker vid dropparnas yta och matar ut en enda exciterad heliumatom.

"För första gången, vi har lyckats direkt följa dessa processer i superfluid helium, som äger rum på extremt kort tid, "säger Mudrich." Resultaten hjälper till att förstå hur nanopartiklar interagerar med energisk strålning och sedan förfaller, "Stienkemeier tillägger." Detta är viktig information för det arbete som syftar till att direkt avbilda enskilda nanopartiklar, " han förklarar, "som det utförs vid nya intensiva strålningskällor som den europeiska röntgenlasern XFEL i Hamburg."