Гелий, самый скупой элемент, который неизменно сидит со своими двумя плотно сжатыми руками-электронами и отказывается участвовать в каких-либо химических процессах, в соответствующем окружении, оказывается, могут быть очень щедрыми и отдавать один или пару электронов другим частицам, позволяя им формировать дианионы.

Исследователи из Австрии и Великобритании сделали это удивительное открытие, впервые обнаружив и зарегистрировав в нанокаплях гелия дианионы – частицы, которые обычно являются крайне неустойчивыми и, соответственно, крайне редкими. Результаты работы могут стать новой вехой как в создании новых дианионов, так и для изучения электронодонорных способностей гелия.

Дианионы играют важную роль в химических превращениях, однако зачастую они являются неустойчивыми, что не позволяет выделять и изучать их. Это обстоятельство обуславливается сильным кулоновским отталкиванием электронов – введение дополнительного электрона в частицу, уже несущую отрицательный заряд.

Исследовательские группы Энрю Эллиса (Andrew Ellis) и Пауля Шайера (Paul Scheier) помещали кластеры фуллеренов C60 или C70 в наноразмерные капли гелия, охлажденные до температуры около 0.4 К, после чего бомбардировали нанокапли потоком электронов.

При достижении пучком электронов определенной энергии в масс-спектре регистрируются четкие сигналы, демонстрирующие присутствие дианионов кластеров как C60, так и C70, при этом кластеры были образованы более, чем пятью молекулами соответствующего фуллерена.

Самым удивительным моментом оказался тот факт, что два электрона одновременно переносятся от атома гелия к фуллереновым кластерам. Исследователи предполагают, что падающий пучок электронов способствует тому, что электроны в атоме гелия переходят на более высокий энергетический уровень, что «разрыхляет» электронную структуру гелия, позволяя ему принимать электрон, превращаясь в лабильный анион He–.

При контакте такого аниона к фуллереновым кластером происходит одностадийный перенос электронов на кластер фуллерена. Эллис подчеркивает, что наиболее вероятно то, что в определенных условиях электроны предпочитают «работать парой», даже несмотря на наличие у них одинакового заряда.

Как отмечает, что результаты этой работы представляют собой первый пример регистрации дианионов в сверхтекучем жидком гелии. По словам исследователя, результаты исследования могут изменить наши представления о механизме переноса электронов в химических реакциях, а также появляется возможность обнаружения новых химических процессов, протекающих в сверхохлажденном гелии.

Комментируя результаты работы, Ян Верлет (Jan Verlet) из Университета Дарем заявляет, что обнаруженная информация о том, что гелий может выступать в качестве донора электронов, предоставляет новые интересные возможности создания экзотических частиц в криогенных условиях.