Freiburger Physiker haben eine neue Form von festem Helium entdeckt. Die Ergebnisse der Arbeitsgruppe von Prof. Antoine Weis sind soeben in der prestigeträchtigen Zeitschrift "Nature Physics" publiziert worden.

Helium ist ein wohlbekanntes Gas, welches flüssig wird, wenn man es auf 4 Grad (-296° C) über dem absoluten Nullpunkt der Temperaturskala abkühlt. Es ist die einzige natürliche Substanz, welche sich selbst am absoluten Temperaturnullpunkt nicht verfestigt. Eine Folge der Quantenmechanik, nach der kalte, leichte Atome delokalisiert sind, d.h. mehr Platz beanspruchen als ihrer eigentlichen Grösse entspricht. Komprimiert man jedoch Helium mit einem Druck von 25 bar so bildet es sogar Kristalle. Die Forschungsgruppe um Prof. A. Weis am Physikdepartement untersucht seit zehn Jahren Metallatome (Cäsium und Rubidium), welche sie in solche He-Kristalle implantieren.

Kürzlich haben die Freiburger Forscher entdeckt, dass der dotierte Teil des Kristalls fest bleibt bei einem Druck, bei dem Helium normalerweise flüssig ist: ein höchst erstaunliches Phänomen, wenn man bedenkt, dass zwischen den He Atomen als auch zwischen den Metall- und He-Atomen starke abstossende Kräfte wirken. Die neue Substanz, bei der die Forscher von „Eisberg" oder „blauem Finger" sprechen, hat die Form eines 4 cm langen Bleistifts und (im Fall von Rubidium) eine blaue Farbe, die von eingebetteten, einigen zehn Nanometer grossen Metallkügeln (Cluster) herrührt. Mit einer interferometrischen Methode hat Dr. Moroshkin gemessen, dass die Dichte des Eisbergs leicht grösser als die von flüssigem He, aber kleiner als die von festem He ist. Über die genauere Beschaffenheit dieser neuen Struktur kann bislang nur spekuliert werden.

„Wir glauben", erklärt Prof. Weis, „dass es sich hierbei um ein exotisches Konglomerat von so genannten Schneebällen (positiv geladene Atome um die sich eine Kruste von festem Helium bildet) und Elektronenblasen (einzelne Elektronen, die eine Blase bilden da sie das umgebende Helium abstossen) handelt". Die hierbei wirkenden elektrischen Kräfte könnten diese Bauteile zusammenhalten. Schneebälle und Blasen sind seit längerem bekannt, konnten aber bisher nie in kondensierter Form beobachtet werden. Geplante Experimente sollen mehr Aufschluss hierüber geben.

Die Entdeckung wurde am 23. September von „Nature Physics", einer der renommiertesten Fachzeitschriften für Physik online, publiziert (http://dx.doi.org/10.1038/nphys727).