Elektrondiffraktion lokaliserer brintatomer

Diffraktionsbaserede analysemetoder anvendes i vid udstrækning i laboratorier, men de kæmper for at studere prøver, der er mindre end en mikrometer i størrelse. Forskere fra Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CNRS/Ensicaen/Unicaen), Laboratoire catalyze et spectrochimie (CNRS/Ensicaen/Unicaen), og Det Tjekkiske Videnskabsakademi har ikke desto mindre haft succes med at bruge elektrondiffraktion til at afsløre strukturen af ​​nanokrystaller2. Deres metode er så følsom, at den endda har lokaliseret positionen af ​​brintatomer for første gang, hvilket er afgørende for at få adgang til molekylernes morfologi eller størrelsen af ​​hulrum i porøse materialer. Denne forskning, offentliggjort den 13. januar, 2017, har lavet forsiden af ​​bladet Videnskab .

Diffraktion af røntgenstråler eller neutroner med krystaller er en valgmetode til at opnå den atomare struktur af krystallinske faste stoffer, der er afgørende for at forstå materialers egenskaber, reaktionsmekanismer eller biomolekyler som proteiner eller DNA. Imidlertid, denne teknik kræver krystaller af størrelsesordenen en mikrometer, i tilfælde af røntgen, og på en millimeter, i tilfælde af neutroner. Elektrondiffraktion muliggør undersøgelse af prøver i nanostørrelse, takket være den stærke interaktion med materialet i disse ladede partikler. Ulempen er, at der forekommer flere diffraktioner og reducerer kvaliteten af ​​de opnåede resultater.

I den kinematiske teori om diffraktion, det antages, at de diffrakterede partikler gennemgår en enkelt diffraktionsbegivenhed. Denne tilnærmelse forenkler analyser for røntgenstråler og neutroner betydeligt, men virker ikke for elektroner. Det er derfor nødvendigt at bruge den dynamiske teori om diffraktion, som tager højde for, at elektroner kan diffrakteres flere gange. Dette kræver en bestemt form for behandling, og en lang og kompleks analyse.

Takket være en ny anvendelse af den dynamiske teori til analyse af elektrondiffraktionsdata, det har været muligt at bestemme strukturerne af en organisk forbindelse, paracetamol, og en uorganisk forbindelse, et koboltaluminiumfosfat. Den bemærkelsesværdige følsomhed af denne metode gør det muligt at afsløre positionen af ​​selv de letteste atomer, dvs. hydrogenatomer. Deres position er afgørende for at få adgang til organiske molekylers morfologi, svage interaktioner i materialet, og størrelsen af ​​hulrum i porøse uorganiske materialer. Ved at lokalisere brintatomer, det er påvist, at strukturen af ​​de talrige forbindelser, der kun danner meget små krystaller, nu kan opløses i dens fine detaljer. Denne forskning baner vejen for en bred brug af elektrondiffraktion til at bestemme strukturen af ​​krystaller, som ikke kan tilgås ved røntgen- eller neutrondiffraktion.