Forskere undersøger ultrahurtig reaktion af superfluid helium udløst af ekstreme ultraviolette laserimpulser

Et team ledet af professor Frank Stienkemeier ved Freiburgs Institut for Fysik og Dr. Marcel Mudrich, professor ved Aarhus Universitet i Danmark, har observeret den ultrahurtige reaktion af nanodråber af helium efter excitation med ekstrem ultraviolet stråling (XUV) ved hjælp af en fri-elektronlaser i realtid. Forskerne har offentliggjort deres resultater i det seneste nummer af Naturkommunikation .

Lasere, der genererer højintensive og ultrakorte XUV- og røntgenimpulser, giver forskere nye muligheder for at undersøge stoffets grundlæggende egenskaber i detaljer. I mange sådanne eksperimenter, materialeprøver i nanometerområdet er af særlig interesse. Nogle videnskabsmænd bruger heliumdråber, der ikke er større end et par nanometer, som et middel til at transportere og studere indlejrede molekyler og molekylære nanostrukturer. Heliumdråber er ideelle til dette formål, fordi de har ekstraordinære egenskaber. Ved en ekstrem lav temperatur på kun 0,37 grader over det absolutte nulpunkt, de bevæger sig friktionsfrit og betragtes således som supervæsker. I øvrigt, heliumdråber er normalt inerte over for de indlejrede molekylers kemiske processer og er fuldstændig gennemsigtige for infrarødt og synligt lys.

Holdet ledet af Stienkemeier og Mudrich ønskede at finde ud af, hvordan en af ​​disse superfluid-dråber selv reagerer, når den rammes direkte af en intens XUV-laserpuls. Forskerne brugte verdens første og eneste seedede frielektronlaser FERMI i Trieste, Italien, som leverer højintensive XUV-impulser ved en bølgelængde, der er fastsat af holdet. Understøttet af modelberegninger, forskerne identificerede tre elementære reaktionstrin:En meget hurtig lokalisering af elektroner, befolkningen i metastabile stater, og dannelsen af ​​en boble, der til sidst brister ved overfladen af ​​dråberne og udstøder et enkelt exciteret heliumatom.

"For første gang, vi har formået at følge disse processer direkte i superfluid helium, som finder sted på meget kort tid, " siger Mudrich. "Resultaterne hjælper med at forstå, hvordan nanopartikler interagerer med energisk stråling og derefter henfalder, Stienkemeier tilføjer. "Dette er væsentlig information for arbejdet, der sigter på direkte at afbilde individuelle nanopartikler, " forklarer han, "som det bliver udført ved nye intense strålingskilder såsom den europæiske røntgenlaser XFEL i Hamborg."