Et gennembrud inden for billeddannelse af guldnanopartikler til atomopløsning ved elektronmikroskopi

Guldpartikler i nanometerskala er intensivt undersøgt med henblik på anvendelse som katalysatorer, sensorer, medicinudleveringsanordninger, biologiske kontrastmidler og komponenter i fotonik og molekylær elektronik. At få viden om deres atomare skala strukturer, grundlæggende for at forstå fysiske og kemiske egenskaber, har været udfordrende. Nu, forskere ved Stanford University, USA, har vist, at højopløsningselektronmikroskopi kan bruges til at afsløre en tredimensionel struktur, hvori alle guldatomer observeres. Resultaterne er i tæt overensstemmelse med en struktur forudsagt ved Jyväskylä Universitet, Finland, på baggrund af teoretisk modellering og infrarød spektroskopi (se figur). Forskningen blev offentliggjort i Videnskab den 22. august 2014.

Den afslørede guldnanopartikel er 1,1 nm i diameter og indeholder 68 guldatomer organiseret på en krystallinsk måde i midten af ​​partiklen. Resultatet blev understøttet af småvinklet røntgenspredning udført i Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, og ved massespektrometri udført på Hokkaido Universitet, Japan.

Elektronmikroskopi ligner i princippet konventionel lysmikroskopi, med undtagelse af, at bølgelængden af ​​elektronstrålen, der bruges til billeddannelse, er tæt på afstanden mellem atomer i fast stof, omkring en tiendedel af en nanometer, i modsætning til bølgelængden af ​​synligt lys, hvilket er hundredvis af nanometer. Et afgørende aspekt af det nye arbejde er bestrålingen af ​​nanopartiklerne med meget få elektroner for at undgå at forstyrre nanopartiklernes struktur. Succesen med denne tilgang åbner vejen for bestemmelse af mange flere nanopartikelstrukturer og til både grundlæggende forståelse og praktiske anvendelser.

Forskerne involveret i arbejdet er Maia Azubel, Ai Leen Koh, David Bushnell og Roger D. Kornberg fra Stanford University, Sami Malola, Jaakko Koivisto, Mika Pettersson og Hannu Häkkinen fra Jyväskylä Universitet, Greg L. Hura fra Lawrence Berkeley National Laboratory, og Tatsuya Tsukuda og Hironori Tsunoyama fra Hokkaido Universitet. Arbejdet på Jyväskylä Universitet blev støttet af Finlands Akademi. Beregningsarbejdet i Hannu Häkkinens gruppe blev udført på HLRS-GAUSS-centret i Stuttgart som en del af PRACE-projektet "Nano-guld ved bio-grænsefladen."