Une équipe dirigée par le professeur Frank Stienkemeier à l'Institut de physique de Fribourg et le Dr Marcel Mudrich, professeur à l'Université d'Aarhus au Danemark, a observé la réaction ultrarapide de nanogouttelettes d'hélium après excitation par un rayonnement ultraviolet extrême (XUV) à l'aide d'un laser à électrons libres en temps réel. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans le dernier numéro de Communication Nature .

Les lasers générant des impulsions XUV et rayons X de haute intensité et ultra-courtes offrent aux chercheurs de nouvelles options pour étudier les propriétés fondamentales de la matière de manière très détaillée. Dans de nombreuses expériences de ce type, les échantillons de matériaux de l'ordre du nanomètre sont particulièrement intéressants. Certains scientifiques utilisent des gouttelettes d'hélium ne dépassant pas quelques nanomètres pour transporter et étudier des molécules intégrées et des nanostructures moléculaires. Les gouttelettes d'hélium sont parfaitement adaptées à cette fin car elles possèdent des propriétés extraordinaires. À une température extrêmement basse de seulement 0,37 degrés au-dessus du zéro absolu, ils se déplacent sans friction et sont donc considérés comme des superfluides. De plus, les gouttelettes d'hélium sont généralement inertes vis-à-vis des processus chimiques des molécules intégrées et sont complètement transparentes à la lumière infrarouge et visible.

L'équipe dirigée par Stienkemeier et Mudrich voulait découvrir comment l'une de ces gouttelettes superfluides réagit elle-même lorsqu'elle est frappée directement par une impulsion laser XUV intense. Les chercheurs ont utilisé le premier et le seul laser à électrons libres FERMI au monde à Trieste, Italie, qui délivre des impulsions XUV de haute intensité à une longueur d'onde définie par l'équipe. Soutenu par des calculs de modèle, les chercheurs ont identifié trois étapes élémentaires de réaction :Une localisation très rapide des électrons, la population des états métastables, et la formation d'une bulle qui finit par éclater à la surface des gouttelettes et éjecte un seul atome d'hélium excité.

"Pour la première fois, nous avons réussi à suivre directement ces processus dans l'hélium superfluide, qui se déroulent dans un délai extrêmement court, " dit Mudrich. " Les résultats aident à comprendre comment les nanoparticules interagissent avec le rayonnement énergétique puis se désintègrent, » ajoute Stienkemeier. « C'est une information essentielle pour les travaux visant à imager directement des nanoparticules individuelles, " il explique, "comme il est effectué sur de nouvelles sources de rayonnement intense telles que le laser à rayons X européen XFEL à Hambourg."