Les particules d'or à l'échelle nanométrique sont intensivement étudiées pour une application comme catalyseurs, capteurs, dispositifs d'administration de médicaments, agents de contraste biologiques et composants en photonique et en électronique moléculaire. Connaître leurs structures à l'échelle atomique, fondamental pour comprendre les propriétés physiques et chimiques, a été difficile. Maintenant, chercheurs de l'Université de Stanford, ETATS-UNIS, ont démontré que la microscopie électronique à haute résolution peut être utilisée pour révéler une structure tridimensionnelle dans laquelle tous les atomes d'or sont observés. Les résultats sont en accord étroit avec une structure prédite à l'Université de Jyväskylä, Finlande, sur la base de la modélisation théorique et de la spectroscopie infrarouge (voir Figure). La recherche a été publiée dans Science le 22 août 2014.

La nanoparticule d'or révélée mesure 1,1 nm de diamètre et contient 68 atomes d'or organisés de façon cristalline au centre de la particule. Le résultat a été soutenu par la diffusion de rayons X aux petits angles effectuée au Lawrence Berkeley National Laboratory, ETATS-UNIS, et par spectrométrie de masse réalisée à l'Université d'Hokkaido, Japon.

La microscopie électronique est similaire en principe à la microscopie optique conventionnelle, à l'exception que la longueur d'onde du faisceau d'électrons utilisé pour l'imagerie est proche de l'espacement des atomes dans la matière solide, environ un dixième de nanomètre, contrairement à la longueur d'onde de la lumière visible, soit des centaines de nanomètres. Un aspect crucial du nouveau travail est l'irradiation de la nanoparticule avec très peu d'électrons pour éviter de perturber la structure de la nanoparticule. Le succès de cette approche ouvre la voie à la détermination de nombreuses autres structures de nanoparticules et à la fois à une compréhension fondamentale et à des applications pratiques.

Les chercheurs impliqués dans les travaux sont Maia Azubel, Ai Leen Koh, David Bushnell et Roger D. Kornberg de l'Université de Stanford, Sami Malola, Jaakko Koivisto, Mika Pettersson et Hannu Häkkinen de l'Université de Jyväskylä, Greg L. Hura du Laboratoire national Lawrence Berkeley, et Tatsuya Tsukuda et Hironori Tsunoyama de l'Université d'Hokkaido. Le travail à l'Université de Jyväskylä a été soutenu par l'Académie de Finlande. Le travail de calcul dans le groupe de Hannu Häkkinen a été effectué au centre HLRS-GAUSS de Stuttgart dans le cadre du projet PRACE "Nano-gold at the bio-interface".