科学家发现氦纳米液滴中的离子在撞击时会受到保护

产业资讯 量科网 2021-12-29 10:52

由因斯布鲁克大学Fabio Zappa和Paul Scheier领导的科学家团队在研究氦纳米液滴时,他们发现了一个令人惊讶的现象:当超冷液滴撞击坚硬的表面时,它们的行为表现的就像水滴一样。因此,之前掺杂在里面的离子在撞击时仍会受到保护,不会被金属表面的自由电子所中和。

科学家发现氦纳米液滴中的离子在撞击时会受到保护

在因斯布鲁克大学离子物理和应用物理系,Paul Scheier的研究小组使用氦纳米液滴用质谱法研究离子已有大约15年之久。通过使用超音速喷嘴,可以在低于1开尔文的温度下产生微小的超流氦纳米液滴。它们可以非常有效地掺杂原子和分子。在电离液滴的情况下,感兴趣的粒子会附着在电荷上,然后可以在质谱仪中进行测量。

在他们的实验中,研究人员现在偶然发现了一个有趣的现象,它从根本上改变了他们的工作。纳米生物物理学团队的Fabio Zappa说:“对我们来说,这改变了游戏规则。我们实验室的一切现在都是用这种新发现的方法完成的。”该团队研究人员已在近期的《物理评论快报》上发表了他们的研究结果。

当带电粒子发射在金属板上时,这些粒子通常情况下会被金属表面上的许多自由电子中和掉,然后它们不能再在质谱仪中测量到。但是,当离子被填充在氦纳米液滴中时,它们在撞击时会受到保护,并带着一些弱结合的氦原子向各个方向飞去。

但研究人员还没有完全理解导致这一行为的机制。Zappa说:“这些离子显然受到了氦气的保护。但是有一些证据表明,氦在撞击之前失去了它的超流体特性,然后表现得像液体一样从表面溅出,然后有部分蒸发。”

另一个原因可能是第一个液滴在表面蒸发,它形成了一层气体,能减缓后续液滴的速度,并以这种方式保护它们免于蒸发。然而,只有进一步调查才能得出哪一个解释是正确的还是有其他的原因。事实上,这种方法也适用于通常情况下会非常脆弱的负离子,这向科学家们表明了以前未知的现象有着强烈影响。

有了这一发现,Paul Scheier的团队不仅改进了他们自己的测量方法,而且还为其他研究小组提供了重要的见解,例如研究纳米颗粒在表面上的沉积。Scheier回忆道:“金属纳米粒子就是一个很好的例子。已在许多现代技术中,发现金属纳米颗粒具有非常特殊的特性。”这种纳米薄膜的制备通常效率很低,导致效率低的缘由可能与现在因斯布鲁克大学发现的新现象有关。(编译:Qtech)