Канадські вчені змогли поспостерігати процеси поверхневої «перебудови атомів» одиночної наночастинки каталізатора - сплаву заліза і платини - при нагріванні. Автори вважають, що їх дослідження, крім фундаментальної складової, також допоможе у створенні економічних каталізаторів для реакції відновлення кисню в паливних елементах. Роботу опубліковано в журналі.
Для візуалізації наночастинок каталізатора автори використовували спеціальний детектор скануючого просвічуючого електронного мікроскопа - ширококутовий круговий детектор темного поля (high-an^ annular dark-field, HAADF). Для формування зображення в ньому використовуються тільки електрони, відхилені під великими кутами від вихідного електронного пучка - їх інтенсивність сильно залежить від атомного номера елементів, з яких складається частинка. Таким чином, можна дізнатися, як у ній розподілені ті чи інші елементи. Крім того, розташування детектора дозволяє використовувати пройшов через зразок пучок для того, щоб отримати додаткову інформацію.
Детектор HAADF дозволяє розрізняти різні елементи за контрастом зображення. Але однозначно встановити, які саме елементи присутні в наночастинці, можна, аналізуючи енергетичні втрати неупруго розсіяних електронів минулого пучка. Такий метод називається спектроскопією характеристичних втрат енергії електронами (electron energy loss spectroscopy, EELS). Поєднання цих двох методів дозволяє побудувати «карти» елементного розподілу в окремій наночастинці з атомарною роздільною здатністю.
Автори роботи застосували їх для дослідження процесів сегрегації - поверхневої «перебудови атомів» - наночастинок каталізатора, що являє собою сплав заліза і платини. Виявилося, що при нагріванні на поверхні частинки переважно сегрегується залізо, утворюючи при цьому стійку оксидну оболонку. За словами вчених, такий результат є повною протилежністю попереднім уявленням про те, що на поверхні повинні були опинитися швидше атоми платини, оскільки вони володіють більшим радіусом і меншою поверхневою енергією.
Сучасні методи візуалізації дозволяють не тільки «розгледіти» матеріал з атомарною роздільною здатністю, але і відкривають все нові можливості для дослідження різних процесів. Так, розвиток методів електронної томографії дозволяє отримувати тривимірні зображення нанооб'єктів з атомарною роздільною здатністю. Модифікація цього методу - електронна 4D-томографія - відкриває можливості для дослідження тимчасових змін наноструктур з фемтосекундним кроком. Обидва вищеописані способи візуалізації використовують методику HAADF.