Hochangeregte Silber-Nanopartikel formen "Seifenblasen" aus flüssigem Silber

Materie bei sehr hohen Temperaturen und Drücken spielt in ganz unterschiedlichen Bereichen wie der Laserbearbeitung oder der Sternbildung im Universum eine wichtige Rolle, ist aber in vielerlei Hinsicht noch nicht verstanden. Nanopartikel in der Gasphase stellen hier wichtige Modellsysteme dar, da sie sich sehr definiert anregen lassen. Mit der zeitaufgelösten Röntgenbeugung, wie sie an freien-Elektronen-Lasern durchgeführt werden kann, steht eine Methode zur Verfügung, die Dynamik der Teilchen nach Anregung im Detail zu verfolgen.

Ein großes Team unter Führung von Bernd v. Issendorff (Uni Freiburg) und Daniela Rupp (ETH Zürich) hat genau solche Experimente am freien-Elektronen-Laser FLASH in Hamburg durchgeführt. Dabei konnte, je nach Anregungsstärke, ein einfaches Schmelzen, ein Seifenblasen-artiges Aufblähen oder eine instantane Explosion nachgewiesen und zeitlich verfolgt werden. Umfangreiche Molekulardynamik-Simulationen, durchgeführt von Michael Moseler und Thomas Reichenbach (Uni Freiburg und Fraunhofer IWM), waren dabei von fundamentaler Bedeutung für die Interpretation der Ergebnisse – alle Phänomene lassen sich auf eine Dekompressionswelle zurückführen, welche die Teilchen nach der fast instantanen Aufheizung durchläuft. Die Resultate sind in der Zeitschrift Physical Review Letters erschienen.

Mehr Information:

• AG Clusterphysik (Uni Freiburg)
• Nanostructures and Ultrafast X-Ray Science (ETH Zürich)
• Multiscale Modeling and Tribosimulation (Fraunhofer IWM)
• Originalpublikation:
  Simon Dold et al.: Melting, bubble-like expansion and explosion of superheated plasmonic nanoparticles, Phys. Rev. Lett. 134, 136101 (2025),  https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.136101