Op diffractie gebaseerde analysemethoden worden veel gebruikt in laboratoria, maar ze hebben moeite om monsters te bestuderen die kleiner zijn dan een micrometer. Onderzoekers van het Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CNRS/Ensicaen/Unicaen), het Laboratoire catalyse et spectrochimie (CNRS/Ensicaen/Unicaen), en de Academie van Wetenschappen van de Tsjechische Republiek zijn er niettemin in geslaagd om elektronendiffractie te gebruiken om de structuur van nanokristallen te onthullen2. Hun methode is zo gevoelig dat het zelfs voor het eerst de positie van waterstofatomen heeft gelokaliseerd, wat cruciaal is bij het verkrijgen van toegang tot de morfologie van de moleculen of de grootte van holtes in poreuze materialen. Dit onderzoek, gepubliceerd op 13 januari 2017, heeft de voorpagina van het tijdschrift gehaald Wetenschap .

Diffractie van röntgenstralen of neutronen door kristallen is een methode bij uitstek voor het verkrijgen van de atomaire structuur van kristallijne vaste stoffen die essentieel zijn voor het begrijpen van de eigenschappen van materialen, reactiemechanismen of biomoleculen zoals eiwitten of DNA. Echter, deze techniek vereist kristallen in de orde van een micrometer, in het geval van röntgenstralen, en van een millimeter, in het geval van neutronen. Elektronendiffractie maakt de studie van nanomonsters mogelijk, dankzij de sterke interactie met het materiaal van deze geladen deeltjes. Het nadeel is dat er meerdere diffracties optreden en de kwaliteit van de verkregen resultaten verminderen.

In de kinematische theorie van diffractie, er wordt aangenomen dat de afgebogen deeltjes een enkele diffractiegebeurtenis ondergaan. Deze benadering vereenvoudigt de analyses voor röntgenstralen en neutronen aanzienlijk, maar werkt niet voor elektronen. Het is daarom noodzakelijk om de dynamische theorie van diffractie te gebruiken, die rekening houdt met het feit dat elektronen meerdere keren kunnen worden afgebogen. Dit vereist een specifieke vorm van verwerking, en een lange en complexe analyse.

Dankzij een nieuwe toepassing van de dynamische theorie op de analyse van elektronendiffractiegegevens, het mogelijk is geweest om de structuren van een organische verbinding te bepalen, paracetamol, en een anorganische verbinding, een kobaltaluminiumfosfaat. De opmerkelijke gevoeligheid van deze methode maakt het mogelijk om de positie van zelfs de lichtste atomen te onthullen, d.w.z. waterstofatomen. Hun positie is cruciaal bij het verkrijgen van toegang tot de morfologie van organische moleculen, zwakke interacties in het materiaal, en de grootte van holtes in poreuze anorganische materialen. Door waterstofatomen te lokaliseren, het is aangetoond dat de structuur van de talrijke verbindingen die slechts zeer kleine kristallen vormen, nu tot in de kleinste details kan worden opgelost. Dit onderzoek effent de weg naar een breed gebruik van elektronendiffractie om de structuur te bepalen van kristallen die niet toegankelijk zijn voor röntgen- of neutronendiffractie.