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 and P. Scheier ()
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M. Kuhn: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck
M. Renzler: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck
J. Postler: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck
S. Ralser: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck
S. Spieler: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck
M. Simpson: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck
H Linnartz: Leiden Observatory, University of Leiden
A. G. G. M. Tielens: Leiden Observatory, University of Leiden
J. Cami: The University of Western Ontario
A. Mauracher: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck
Y. Wang: Módulo 13, Universidad Autónoma de Madrid
M. Alcamí: Módulo 13, Universidad Autónoma de Madrid
F. Martín: Módulo 13, Universidad Autónoma de Madrid
M. K. Beyer: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck
R. Wester: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck
A. Lindinger: Institut für Experimentalphysik, Freie Universität Berlin
P. Scheier: Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck

Nature Communications, 2016, vol. 7, issue 1, 1-5

Abstract: Abstract Helium has a unique phase diagram and below 25 bar it does not form a solid even at the lowest temperatures. Electrostriction leads to the formation of a solid layer of helium around charged impurities at much lower pressures in liquid and superfluid helium. These so-called ‘Atkins snowballs’ have been investigated for several simple ions. Here we form HenC60+ complexes with n exceeding 100 via electron ionization of helium nanodroplets doped with C60. Photofragmentation of these complexes is measured by merging a tunable narrow-bandwidth laser beam with the ions. A switch from red- to blueshift of the absorption frequency of HenC60+ on addition of He atoms at n=32 is associated with a phase transition in the attached helium layer from solid to partly liquid (melting of the Atkins snowball). Elaborate molecular dynamics simulations using a realistic force field and including quantum effects support this interpretation.

Date: 2016
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