Diffraktionsbaserade analysmetoder används i stor utsträckning i laboratorier, men de kämpar för att studera prover som är mindre än en mikrometer stora. Forskare från Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CNRS/Ensicaen/Unicaen), Laboratoire catalyze et spectrochimie (CNRS/Ensicaen/Unicaen), och Vetenskapsakademin i Tjeckien har ändå lyckats använda elektrondiffraktion för att avslöja strukturen hos nanokristaller2. Deras metod är så känslig att den till och med har lokaliserat positionen för väteatomer för första gången, vilket är avgörande för att få tillgång till molekylernas morfologi eller storleken på håligheter i porösa material. Denna forskning, publicerad den 13 januari, 2017, har gjort tidningens förstasida Vetenskap .

Diffraktion av röntgenstrålar eller neutroner med kristaller är en valfri metod för att erhålla atomstrukturen hos kristallina fasta ämnen som är väsentlig för att förstå materialens egenskaper, reaktionella mekanismer eller biomolekyler som proteiner eller DNA. Dock, denna teknik kräver kristaller av storleken på en mikrometer, vid röntgenstrålning, och en millimeter, när det gäller neutroner. Elektrondiffraktion möjliggör studier av nanosiserade prover, tack vare den starka interaktionen med materialet i dessa laddade partiklar. Nackdelen är att flera diffraktioner uppstår och minskar kvaliteten på de erhållna resultaten.

I den kinematiska teorin om diffraktion, det antas att de diffrakterade partiklarna genomgår en enda diffraktionshändelse. Denna approximation förenklar analyserna avsevärt för röntgenstrålar och neutroner, men fungerar inte för elektroner. Det är därför nödvändigt att använda den dynamiska teorin om diffraktion, som tar hänsyn till det faktum att elektroner kan diffrakteras flera gånger. Detta kräver en specifik behandlingsform, och en lång och komplex analys.

Tack vare en ny tillämpning av den dynamiska teorin för analys av elektrondiffraktionsdata, det har varit möjligt att bestämma strukturerna för en organisk förening, paracetamol, och en oorganisk förening, ett koboltaluminofosfat. Den anmärkningsvärda känsligheten hos denna metod gör det möjligt att avslöja positionen för även de lättaste atomerna, dvs väteatomer. Deras position är avgörande för att få tillgång till organiska molekylers morfologi, svaga interaktioner i materialet, och storleken på hålrum i porösa oorganiska material. Genom att lokalisera väteatomer, det har visats att strukturen hos de många föreningar som endast bildar mycket små kristaller nu kan lösas i sin fina detalj. Denna forskning banar väg för en bred användning av elektrondiffraktion för att bestämma strukturen hos kristaller som inte kan nås med röntgen- eller neutrondiffraktion.