En travaillant avec des nano-gouttelettes d’hélium, les scientifiques du département de physique ionique et de physique appliquée dirigés par Fabio Zappa et Paul Scheier ont découvert un phénomène surprenant : Lorsque les gouttelettes ultra-froides touchent une surface dure, elles se comportent comme des gouttes d’eau. Les ions avec lesquels elles ont été préalablement dopées restent ainsi protégés lors de l’impact et ne sont pas neutralisés.
Un phénomène surprenant
Lorsque l’on tire des particules chargées sur une plaque métallique, celles-ci sont normalement neutralisées par les nombreux électrons libres présents à la surface du métal. Elles ne peuvent alors plus être mesurées dans le spectromètre de masse. Mais lorsque les ions sont emballés dans une nanogouttelette d’hélium, ils restent protégés lors de l’impact et s’envolent dans toutes les directions avec quelques atomes d’hélium faiblement liés. “Les ions sont apparemment protégés par l’hélium”, explique M. Zappa. Il ne comprend pas encore complètement le mécanisme sous-jacent. “Mais il existe des preuves que l’hélium perd sa propriété superfluide avant l’impact et se comporte alors comme un liquide, éclaboussant la surface et ne s’évaporant qu’ensuite partiellement.” Une autre raison possible serait que les premières gouttelettes s’évaporent à la surface, formant une couche de gaz qui ralentit les gouttelettes suivantes et, de cette façon, les protège de l’évaporation. Seules des recherches plus poussées permettront de déterminer si l’une de ces explications est correcte ou s’il existe d’autres raisons. Le fait que cette méthode fonctionne également avec les ions négatifs, qui sont normalement très fragiles, indique aux scientifiques un fort effet du phénomène jusqu’alors inconnu.
Les avantages de la nanotechnologie
Grâce à cette découverte, l’équipe de Paul Scheier a non seulement amélioré sa propre méthode de mesure, mais a également obtenu des informations importantes pour d’autres groupes de recherche qui, par exemple, s’occupent du dépôt de nanoparticules sur des surfaces. “Les nanoparticules métalliques en sont un excellent exemple”, raconte Paul Scheier. “Dans de nombreuses technologies modernes, on trouve des nanoparticules métalliques qui ont des propriétés très spécifiques.” Le fait que la génération de tels nanofilms puisse souvent être très inefficace pourrait également être lié au phénomène maintenant découvert à Innsbruck.
Référence : “Splashing of Large Helium Nanodroplets upon Surface Collisions” par Paul Martini, Simon Albertini, Felix Laimer, Miriam Meyer, Michael Gatchell, Olof Echt, Fabio Zappa et Paul Scheier, 23 octobre 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.263401
Ce travail a été soutenu financièrement, entre autres, par le Fonds scientifique autrichien FWF et la province du Tyrol dans le cadre d’un projet K-Regio.