Новости химической науки > Новая методика распознает электронные свойства атомов

Новая методика низковольтной электронной микроскопии (low voltage electron microscopy technique) позволяет исследователям не только различать атомы, принадлежащие разным химическим элементам, но и распознать атомы одного и того же химического элемента в различном электронном состоянии.

Разработавшие методику исследователи уверяют, что она может найти широкое применение для анализа тонкой структуры наноматериалов и важных биологически активных элементов.

Новая методика позволяет различать атомы, образовывающие различное количество химических связей. (Рисунок из Nature Chem., 2010, DOI: 10.1038/nature09664)

Казу Суенага (Kazu Suenaga) и Масанори Косино (Masanori Koshino) использовали низковольтный сканирующий просвечивающий микроскоп (low voltage, scanning transmission electron microscope) для изучения атомов углерода в графене. Измеряя потери энергии, связанные с взаимодействием электронов с отдельными атомами, они смогли определить, связан ли зондируемый атом углерода с одним атомом, двумя или тремя.

Для изучения отдельных атомов исследователи использовали зонд диаметром всего в 0.1 нм. В прошлом, используя более старые подходы, можно было проследить зоны, в которых содержится от тысяч до миллионов атомов, новый подход позволяет различать отдельные атомы.

Ранее достичь такого разрешения удавалось лишь при использовании больших и мощных электронных микроскопов, в которых применялось высокое напряжение для ускорения, такое напряжение могло повредить анализируемый образец и исказить отображаемую картину. Однако низковольтное устройство Суенаги и Косино (рабочее напряжение 60 кВ) смогло обеспечить необходимую для микроскопии высокого разрешения длину волны в пучке электронов, который не повреждал исследуемый образец.

Стефен Пенникук (Stephen Pennycook), специалист по электронной микроскопии из Национальной Лаборатории Оак Ридж (Теннесси, США) отмечает, что хотя ранее сообщалось о распознавании отдельных атомов различных химических элементов с помощью подобных методик, работа Суенаги и Косино является первым примером, когда атомам одного элемента, находящимся в различном валентном состоянии соотносятся различные сигналы. Он добавляет, что изучение материала с помощью нового метода можно сравнить с поочередным – одна за другой изучением химических связей в веществе.

Пратиба Гай (Pratibha Gai), руководитель отдела электронной микроскопии в Университете Йорка заявляет, что результаты работы японских исследователей впечатляют. Он полагает, что новый метод должен использоваться для изучения других наносистем, а не только графена.

Сам Суенага соглашается с большим значением его разработок для изучения атомной структуры наноустройств, однако говорит, что на настоящее время планирует использовать методику для решения других задач. Одним из таких применений может быть определение активных атомов в индивидуальных молекулах – это необходимо для установления их реакционной способности. Ранее индексы реакционной способности можно было определить только с помощью квантово-химических расчетов, которые требуют больших затрат времени и вычислительных ресурсов в особенности для таких больших соединений, как белки. Другая идея японских исследователей – определить с помощью новой методики почему в солнечных батареях различные атомы кремния проявляют различную активность.

Источник: Nature Chem., 2010, DOI: 10.1038/nature09664

метки статьи: #аналитическая химия, #нанотехнологии, #реакционноспособные частицы, #химия поверхности