De olika elementen som finns i naturen har alla sina distinkta isotoper. För kol, det finns 99 atomer i den lättare stabila kolisotopen 12C för varje 13C -atom, som har ytterligare en neutron i kärnan. Bortsett från denna naturliga variation, material kan odlas från isotopberikade kemikalier. Detta gör det möjligt för forskare att studera hur atomerna ordnas i fasta ämnen, till exempel för att förbättra sin syntes. Än, de flesta traditionella teknikerna för att mäta isotopförhållandet kräver nedbrytning av materialet eller är begränsade till en upplösning på hundratals nanometer, dölja viktiga detaljer.

I den nya studien, ledd av Jani Kotakoski, forskarna vid universitetet i Wien använde det avancerade elektronmikroskopet Nion UltraSTEM100 för att mäta isotoper i områden med nanometer i ett grafenprov. Samma energiska elektroner som bildar en bild av grafenstrukturen kan också mata ut en atom i taget på grund av spridning vid en kolkärna. På grund av den större massan av 13C -isotopen, en elektron kan ge en 12C -atom en något hårdare spark, slå ut det lättare. Hur många elektroner som i genomsnitt krävs ger en uppskattning av den lokala isotopkoncentrationen. "Nyckeln till detta arbete var att kombinera korrekta experiment med en förbättrad teoretisk modell av processen", säger Toma Susi, huvudförfattaren till studien.

Publicerar i Naturkommunikation tillät laget att fullt ut anamma öppen vetenskap. Förutom att släppa peer review -rapporter vid sidan av artikeln, en omfattande beskrivning av metoderna och analyserna ingår. Dock, forskarna gick ett steg längre och laddade upp sina mikroskopidata till det öppna förvaret figshare. Alla med en internetanslutning kan således fritt komma åt, använda och citera gigabyte av högkvalitativa bilder. Toma Susi fortsätter:"Så vitt vi vet, Detta är första gången som elektronmikroskopidata har delats öppet i denna skala. "

Resultaten visar att elektronmikroskop med atomupplösning kan skilja mellan olika isotoper av kol. Även om metoden nu endast demonstrerades för grafen, det kan i princip utökas för andra tvådimensionella material, och forskarna har ett patent pågående för denna uppfinning. "Moderna mikroskop tillåter oss redan att lösa alla atomavstånd i fasta ämnen och se vilka kemiska element som utgör dem. Nu kan vi lägga till isotoper till listan", Avslutar Jani Kotakoski.