Исследователи из Японии смогли добиться от спектральных методов разрешающей способности в один атом, разработав метод спектроскопии потери энергии электрона [electron energy loss spectroscopy (EELS)]. Метод EELS позволяет определять не только положение отдельного атома в твердом веществе, но и тип этого атома.

Изображение пяти фуллереновых клеток в углеродной нанотрубке, полученное с помощью TEM (слева). Химическая карта того же образца, полученная с помощью EELS (C –красный, Ca – зеленый) показывает, что каждый фуллерен содержит по одному атому кальция. (Рисунок из Nat. Chem., DOI: 10.1038/nchem.282)

В типичном эксперименте EELS исследователи облучают твердый образец пучком электронов и измеряют понижение энергии луча (потерю энергии), вызванную взаимодействием пучка электронов с атомами образца; такая потеря энергии является характеристичной для каждого элемента. При использовании в сочетании с просвечивающей электронной микроскопией [transmission electron microscopy (TEM)] метод EELS позволяет определить атомный состав наноазмерной области, изучающейся с помощью TEM.

Обычный способ для увеличения разрешения обоих методов заключается в увеличении энергии пучка электронов (до 400 кэВ), что позволяет сфокусировать его до размеров атомов, однако при этом увеличение энергии пучка электронов может привести к повреждению образца.

Для решения этой проблемы Казу Суенага (Kazu Suenaga) и Юта Сато (Yuta Sato) модифицировали просвечивающий электронный микроскоп дополнительно фокусирующими электроны корректорами аберрации (aberration correctors), что позволило снизить энергию луча TEM всего до 60 кэВ. Модифицированное устройство позволило изучить нанотрубки, содержащие фуллерены с интеркалированными атомами кальция или церия. Исследователи сообщают, что метод позволил не только отличить кальций от церия, но и различить Ce³⁺ и Ce⁴⁺.

Источники:

1. Nat. Chem., DOI: 10.1038/nchem.282

2. ChemPort