Uma equipe chefiada pelo Professor Frank Stienkemeier no Instituto de Física de Freiburg e Dr. Marcel Mudrich, professor da Universidade de Aarhus, na Dinamarca, observou a reação ultra-rápida de nanogotículas de hélio após excitação com radiação ultravioleta extrema (XUV) usando um laser de elétrons livres em tempo real. Os pesquisadores publicaram suas descobertas na última edição da Nature Communications .

Lasers que geram pulsos de raios X e XUV de alta intensidade e ultracurtos oferecem aos pesquisadores novas opções para investigar as propriedades fundamentais da matéria em grande detalhe. Em muitos desses experimentos, amostras de materiais na faixa nanométrica são de particular interesse. Alguns cientistas usam gotículas de hélio não maiores do que alguns nanômetros como meio de transportar e estudar moléculas incorporadas e nanoestruturas moleculares. As gotículas de hélio são ideais para esse propósito porque possuem propriedades extraordinárias. A uma temperatura extremamente baixa de apenas 0,37 graus acima do zero absoluto, eles se movem sem atrito e, portanto, são considerados superfluidos. Além disso, gotículas de hélio geralmente são inertes aos processos químicos das moléculas incorporadas e são completamente transparentes ao infravermelho e à luz visível.

A equipe liderada por Stienkemeier e Mudrich queria descobrir como uma dessas gotículas superfluidas reage quando atingida diretamente por um intenso pulso de laser XUV. Os pesquisadores usaram o primeiro e único laser de elétrons livres FERMI semeado em Trieste, Itália, que fornece pulsos XUV de alta intensidade em um comprimento de onda definido pela equipe. Suportado por cálculos de modelo, os pesquisadores identificaram três etapas elementares de reação:Uma localização muito rápida de elétrons, a população de estados metaestáveis, e a formação de uma bolha que eventualmente explode na superfície das gotículas e ejeta um único átomo de hélio excitado.

"Pela primeira vez, conseguimos acompanhar diretamente esses processos no hélio superfluido, que ocorrem em um tempo extremamente curto, "diz Mudrich." Os resultados ajudam a entender como as nanopartículas interagem com a radiação energética e, em seguida, decaem, "Stienkemeier acrescenta." Esta é uma informação essencial para o trabalho que visa a imagem direta de nanopartículas individuais, " ele explica, "enquanto está sendo realizado em novas fontes de radiação intensa, como o laser de raios-X europeu XFEL em Hamburgo."