När flytande helium kyls ned till temperaturer nära den absoluta nollpunkten blir den supraflytande, vilket betyder att vätskan då saknar inre friktion (viskositet) och uppvisar en rad uppseendeväckande egenskaper. Exempelvis kan vätskan flyta upp längs med väggarna och över kanten på en bägare eller tränga ut genom mycket små hål. Man har länge antagit att små nanometerstora droppar av en sådan supraflytande vätska skulle sönderfalla spontant om de innehöll ens några fåtal nettoladdningar, men det har tidigare saknats experimentella tekniker för att på ett kontrollerat sätt kunna studera hur stabila dropparna är när de är laddade. Forskare vid Universität Innsbruck i Österrike har nyligen utvecklat nya metoder som möjliggör sådana studier. Dessa visar att dropparna mycket förvånande kan innehålla fler än femtio nettoladdningar och ändå vara stabila på den tidsskalan (millisekunder) som det går att följa vad som händer med dropparna i experimenten.  I dessa experiment skapas droppar som innehåller 10⁵-10⁸ He-atomer genom att låta en kall helium-gas expandera genom ett litet munstycke som kyls till under 10 kelvin. Dropparna laddas därefter upp (joniseras) genom att de exponeras för stråle av elektroner för vilka den kinetiska energin kan varieras upp till några hundra elektronvolt. Droppar med en viss massa per laddning väljs sedan ut med hjälp av en elektrostatisk analysator och utsätts därefter för ytterligare en elektronstråle.

Genom att analysera dropparnas massa per laddning då de joniserats en andra gång, där nettoladdningen på dropparna kunde både ökas och minskas beroende på elektronenergin, kunde forskarna dra slutsatsen att dropparnas laddning ändrades dramatiskt men däremot inte deras massor, och att dessa högt laddade droppar är stabila på den experimentella tidsskalan.  

Helium-nanodroppar används ofta i analys av nanopartiklar och för att skapa nanopartiklar som skräddarsys för olika behov. Dessa nya resultat kan bidra till att förbättra sådana tekniker där varje enskild laddning kan användas som kärnbildningställen för tillväxt av nanopartiklar. De öppnar även upp för en ny typ av spektroskopiska mätningar där varje laddningscenter bidrar till en markant förstärkt mätsignal.     

Resultaten är publicerade i Physical Review Letters: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.165301 , se även Physics Synopsis: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.123.165301

Henning Zettergren

Ordförande AMO-sektionen