„Helium ist die einzige Substanz, die unter Normaldruck selbst am absoluten Nullpunkt nicht fest wird“, erläutert Albrecht Lindinger. Anders sei dies, wenn Helium sich auf geladenen Teilchen ablagere. Dann könne sich auch bei niedrigem Druck eine feste Heliumschicht bilden. Diese sogenannten Atkins-Schneebälle wurden schon für einige einfache Teilchen nachgewiesen. Die Wissenschaftler um Dr. Albrecht Lindinger und Prof. Dr. Paul Scheier haben erstmals ultrakalte geladene Fullerene (hohle, geschlossene Moleküle, die sich fußballförmig anordnen) mit einer festen Heliumschicht überzogen. “Wir haben ultrakalte Heliumtröpfchen im Labor erzeugt, in denen die beinahe kugelförmigen Moleküle aus 60 Kohlenstoffatomen eingelagert und ionisiert wurden“, erklärt der Physiker. Mithilfe eines verstellbaren, schmalbandigen Laserstrahls konnten Absorptionsspektren erhalten werden, die Auskunft über den Zustand des Heliums geben. Die Teilchen wurden mit einem Massenspektrometer analysiert. So konnten die Wissenschaftler präzise den Übergang vom festen in den flüssigen Zustand vermessen und zeigen, dass Fullerene bis zu 32 Heliumatome aufnehmen können, bevor der feste Heliummantel um das Kohlenstoffmolekül aufzuschmelzen beginnt. Von mehr als 80 Atomen an habe sich das Absorptionsverhalten des molekularen Systems nicht mehr verändert, was mit dem Beginn fehlender Reibung erklärt werden könne, der sogenannten Suprafluidität. Mit umfangreichen theoretischen Simulationen konnten die Ergebnisse aus dem Labor bestätigt werden. Die charakteristische Schneeballstruktur und Hinweise für ein atomar genaues Aufschmelzen wurde von den Wissenschaftlern auch ohne Fullerene für ultrakalte Wasserstoffmoleküle um ein negativ geladenes Wasserstoffteilchen beobachtet; die Ergebnisse dieser Studie wurden in Physical Review Letters veröffentlicht.

Finanziell unterstützt wurden die Arbeiten von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, dem österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der Europäischen Union.