பெரிய ஹீலியம் நானோ துளிகள் மேற்பரப்பு மோதல்

ஹீலியம் நானோ துளிகளுடன் பணிபுரியும் போது, ​​அயனி இயற்பியல் மற்றும் பயன்பாட்டு இயற்பியல் துறையின் விஞ்ஞானிகள் ஃபேபியோ ஜப்பா மற்றும் பால் ஸ்கீயர் தலைமையிலான ஒரு ஆச்சரியமான நிகழ்வைக் கண்டனர்: அல்ட்ராகோல்ட் நீர்த்துளிகள் கடினமான மேற்பரப்பில் தாக்கும்போது, ​​​​அவை நீர்த்துளிகள் போல செயல்படுகின்றன. அவை முன்னர் ஊக்கமருந்து செய்யப்பட்ட அயனிகள் தாக்கத்தில் பாதுகாக்கப்பட்டு நடுநிலைப்படுத்தப்படுவதில்லை.

அயனி இயற்பியல் மற்றும் பயன்பாட்டு இயற்பியல் துறையில், பால் ஸ்கீயரின் ஆராய்ச்சிக் குழு சுமார் 15 ஆண்டுகளாக நிறை நிறமாலைமானி  முறைகளுடன் அயனிகளைப் படிக்க ஹீலியம் நானோ துளிகளைப் பயன்படுத்தி வருகிறது. ஒரு சூப்பர்சோனிக் முனையைப் பயன்படுத்தி, ஒரு டிகிரி கெல்வினுக்கும் குறைவான வெப்பநிலையில் சிறிய, சூப்பர் ஃப்ளூயிட் ஹீலியம் நானோதுளிகளை உருவாக்கலாம். அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகள் மூலம் அவை மிகவும் திறம்பட மாசுட்டப்படலாம். அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட நீர்த்துளிகளின் விஷயத்தில், ஆர்வமுள்ள துகள்கள் மின்னூட்டங்களுடன் இணைக்கப்படுகின்றன, பின்னர் அவை நிறை நிறமாலைமானியில் அளவிடப்படுகின்றன. அவர்களின் சோதனைகளின் போது, ​​விஞ்ஞானிகள் இப்போது ஒரு சுவாரஸ்யமான நிகழ்வில் தடுமாறினர், இது அவர்களின் வேலையை அடிப்படையில் மாற்றியுள்ளது. “எங்களுக்கு, இது ஒரு வாழ்க்கை மாற்று நிகழ்வாக இருந்தது” என்கிறார் நானோ-பயோ-பிசிக்ஸ் குழுவைச் சேர்ந்த ஃபேபியோ சாப்பா. “எங்கள் ஆய்வகத்தில் உள்ள அனைத்தும் இப்போது புதிதாக கண்டுபிடிக்கப்பட்ட இந்த முறையால் செய்யப்படுகின்றன.” ஆராய்ச்சியாளர்கள் இப்போது தங்கள் ஆய்வுகளின் முடிவுகளை இயற்பியல் மறுஆய்வு கடிதங்களில் வெளியிட்டுள்ளனர்.

ஒரு ஆச்சரியமான நிகழ்வு

மின்னூட்டப்பட்ட துகள்கள் உலோகத் தகட்டில் படும்போது, ​​உலோகப் பரப்பில் உள்ள பல கட்டுறா எலக்ட்ரான்களால் துகள்கள் பொதுவாக நடுநிலைப்படுத்தப்படுகின்றன. நிறை நிறமாலைமானியில் அவற்றை இனி அளவிட முடியாது. ஆனால் அயனிகள் ஒரு ஹீலியம் நானோ துளிகளில் நிரம்பியிருக்கும் போது, ​​அவை தாக்கத்தில் பாதுகாக்கப்பட்டு, பலவீனமாக பிணைக்கப்பட்ட சில ஹீலியம் அணுக்களுடன் அனைத்து திசைகளிலும் பறந்து செல்லும். “அயனிகள் வெளிப்படையாக ஹீலியத்தால் பாதுகாக்கப்படுகின்றன” என்று ஜாப்பா கூறுகிறார். அவர் இன்னும் அடிப்படை பொறிமுறையை முழுமையாக புரிந்து கொள்ளவில்லை. “ஆனால் தாக்கத்திற்கு முன் ஹீலியம் அதன் மீப்பாய்ம பண்புகளை இழந்து, பின்னர் ஒரு திரவம் போல நடந்து, மேற்பரப்பில் இருந்து தெறித்து, பின்னர் ஓரளவு ஆவியாகிறது என்பதற்கு சில சான்றுகள் உள்ளன.” மற்றொரு சாத்தியமான காரணம் என்னவென்றால், முதல் நீர்த்துளிகள் மேற்பரப்பில் ஆவியாகி, ஒரு வாயு அடுக்கை உருவாக்குகிறது. இது அடுத்தடுத்த நீர்த்துளிகளை மெதுவாக்குகிறது மற்றும் இந்த வழியில் அவற்றை ஆவியாகாமல் பாதுகாக்கிறது. இந்த விளக்கங்களில் ஒன்று சரியானதா அல்லது வேறு காரணங்கள் உள்ளதா என்பதை மேலதிக விசாரணைகள் மட்டுமே காண்பிக்கும். இந்த முறை எதிர்மறை அயனிகளுடன் செயல்படுகிறது. இது பொதுவாக மிகவும் உடையக்கூடியது, இது விஞ்ஞானிகளுக்கு முன்னர் அறியப்படாத நிகழ்வின் வலுவான விளைவைக் குறிக்கிறது.

நானோ தொழில்நுட்ப நன்மைகள்

இந்த கண்டுபிடிப்புடன், பால் ஸ்கீயரின் குழு தங்கள் சொந்த அளவீட்டு முறையை மேம்படுத்தியது மட்டுமல்லாமல், மற்ற ஆராய்ச்சி குழுக்களுக்கான முக்கியமான நுண்ணறிவுகளையும் பெற்றது. எடுத்துக்காட்டாக, மேற்பரப்பில் நானோ துகள்கள் படிவதைக் கையாள்கிறது. “உலோக நானோ துகள்கள் இதற்கு ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு” என்று ஷீயர் விவரிக்கிறார். “பல நவீன தொழில்நுட்பங்களில், உலோக நானோ துகள்கள் மிகவும் குறிப்பிட்ட பண்புகளைக் கொண்டிருக்கின்றன.” இத்தகைய நானோ ஃபிலிம்களின் தலைமுறை பெரும்பாலும் மிகவும் திறமையற்றதாக இருக்கும் என்பது இன்ஸ்ப்ரூக்கில் இப்போது கண்டுபிடிக்கப்பட்ட நிகழ்வுடன் தொடர்புடையதாக இருக்கலாம்.

References:

• Barclay, P. L., & Zhang, D. Z. (2021). Coalescence and splashing threshold for head-on collisions of liquid metal nanodroplets. Physics of Fluids, 33(6), 062014.
• Mauracher, A., Echt, O., Ellis, A. M., Yang, S., Bohme, D. K., Postler, J., & Scheier, P. (2018). Cold physics and chemistry: Collisions, ionization and reactions inside helium nanodroplets close to zero K. Physics Reports, 751, 1-90.
• Aguirre, N. F., Mateo, D., Mitrushchenkov, A. O., Pi, M., & de Lara-Castells, M. P. (2012). Helium mediated deposition: Modeling the He− TiO2 (110)-(1× 1) interaction potential and application to the collision of a helium droplet from density functional calculations. The Journal of chemical physics, 136(12), 124703.
• Lussier, D. T., Kakalis, N. M. P., & Ventikos, Y. (2010). Molecular dynamics modeling of nanodroplets and nanoparticles. Multiscale modeling of particle interactions, 151-183.