Guldpartiklar i nanometerskala undersöks intensivt för användning som katalysatorer, sensorer, läkemedelstillförselanordningar, biologiska kontrastmedel och komponenter inom fotonik och molekylär elektronik. Få kunskap om deras strukturer i atomskala, grundläggande för att förstå fysikaliska och kemiska egenskaper, har varit utmanande. Nu, forskare vid Stanford University, USA, har visat att högupplöst elektronmikroskopi kan användas för att avslöja en tredimensionell struktur där alla guldatomer observeras. Resultaten är i nära överensstämmelse med en struktur som förutspås vid Jyväskylä universitet, Finland, på basis av teoretisk modellering och infraröd spektroskopi (se figur). Forskningen publicerades i Vetenskap den 22 augusti 2014.

Den avslöjade guldnanopartikeln är 1,1 nm i diameter och innehåller 68 guldatomer organiserade på ett kristallint sätt i mitten av partikeln. Resultatet stöddes av småvinklar röntgenspridning utförd i Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, och genom masspektrometri utförd vid Hokkaido University, Japan.

Elektronmikroskopi liknar i princip konventionell ljusmikroskopi, med undantag för att våglängden på elektronstrålen som används för avbildning är nära avståndet mellan atomer i fast materia, ungefär en tiondels nanometer, i motsats till våglängden för synligt ljus, vilket är hundratals nanometer. En avgörande aspekt av det nya arbetet är bestrålningen av nanopartikeln med mycket få elektroner för att undvika att störa nanopartikelns struktur. Framgången med detta tillvägagångssätt öppnar vägen för att fastställa många fler nanopartikelstrukturer och för både grundläggande förståelse och praktiska tillämpningar.

Forskarna som är involverade i arbetet är Maia Azubel, Ai Leen Koh, David Bushnell och Roger D. Kornberg från Stanford University, Sami Malola, Jaakko Koivisto, Mika Pettersson och Hannu Häkkinen från Jyväskylä universitet, Greg L. Hura från Lawrence Berkeley National Laboratory, och Tatsuya Tsukuda och Hironori Tsunoyama från Hokkaido University. Arbetet vid Jyväskylä universitet fick stöd av Finlands Akademi. Beräkningsarbetet i Hannu Häkkinens grupp gjordes vid HLRS-GAUSS-centret i Stuttgart som en del av PRACE-projektet "Nano-guld vid biogränssnittet."