Un estudio de fullerenos cargados embebidos en nanogotas de helio confirma su existencia en el espacio interestelar.

Resumen de los resultados publicados por el grupo de los profesores Alcami y Martín (UAM). EEl artículo se puede descargar aquí.

Referencias:

Atomically resolved phase transition of fullerene cations solvated in helium droplets
M. Kuhn, M. Renzler, J. Postler, S. Ralser, S. Spieler, M. Simpson, H. Linnartz, A.G.G.M. Tielens, J. Cami, A. Mauracher, Y. Wang, M. Alcamí, F. Martín, M.K. Beyer, R. Wester, A. Lindinger & P. Scheier
Nat. Commun. 7, 13550 doi: 10.1038/ncomms13550 (2016)

Figura 1. El principio de la medida. El fullereno C₆₀⁺ (cuyos átomos de carbono se representan con esferas negras), rodeado por una “bola de nieve de Atkins” formada por una capa de átomos de helio (esferas transparentes que rodean al C₆₀⁺), es irradiado por un pulso láser de luz infrarroja, lo que conlleva la evaporación de los átomos de helio. La longitud de onda de la luz absorbida depende del número de átomos de helio inicialmente adsorbidos en el C₆₀⁺.

La irradiación con pulsos de luz infrarroja de iones de fullerenos embebidos en nanogotas de helio líquido ha permitido desvelar transiciones entre las fases sólida, líquida y superfluida de las capas de helio que rodean al fullereno cargado. La precisión alcanzada en dichas medidas, realizadas en un entorno similar a las que se encuentran en el espacio interestelar, permite confirmar la presencia de fullerenos en el espacio y abre la puerta a la caracterización de nubes interestelares difusas asociadas a otras especies ricas en carbono.

Las nanogotas de helio líquido proporcionan una herramienta única para el estudio de propiedades de moléculas en condiciones similares a las que se encuentran en el espacio interestelar: bajas temperaturas y casi total ausencia de interacción con el entorno. Ello es consecuencia de la superfluidez del helio líquido, que hace que las moléculas embebidas en él no experimenten fricción en su movimiento. Sin embargo, la introducción de especies moleculares cargadas en el interior de estas nanogotas introduce modificaciones sustanciales en estas últimas, especialmente en las primeras capas de solvatación alrededor de la especie cargada.

Utilizando técnicas de espectroscopia fotoelectrónica en combinación con cálculos de dinámica molecular, en el marco de una amplia colaboración internacional en la que participan investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid, IMDEA-Nanociencia y el Instituto de Física de Materia Condensada, se han estudiado las propiedades de las primeras capas de helio que se forman alrededor del fullereno C₆₀⁺. Los resultados demuestran la aparición de transiciones de fase en las primeras capas de helio a medida que se va aumentando el número de átomos de helio en la nanogota.. En particular, se observa la transición desde una fase sólida de helio formada por una capa que contiene un número característico de átomos de helio, denominada habitualmente “bola de nieve de Atkins” (ver figura), a una fase líquida, cuando empieza a formarse la segunda capa, y finalmente a la fase de superfluidez. Y todo ello antes de llegar a un centenar de átomos de helio. La precisión necesaria para revelar dichos cambios es del orden de 0.05 nanometros, lo que explica que tales fenómenos hayan pasado desapercibidos hasta la fecha.

Dado el entorno de aislamiento y de baja temperatura proporcionado por las nanogotas de helio, el método ha permitido confirmar la asignación de dos bandas interestelares difusas (BID) a la presencia del ion C₆₀⁺ en el espacio, lo cual demuestra el importante papel de los fullerenos como reserva de carbono en el universo. El trabajo publicado en la revista Nature Communications demuestra que, con la precisión alcanzada en este estudio, se pueden determinar los espectros de absorción de otras especies astrofísicamente relevantes, como por ejemplo fullerenos más pequeños, hidrocarburos aromáticos policíclicos y sus derivados.

Remitido por:

Beatriz Martín Llorente
Gestión de Proyectos
Departamento de Química. Universidad Autónoma de Madrid