Qu'arrive-t-il à la molécule si elle est exposée à un faisceau d'électrons aussi puissant ? Si la molécule suit les règles des manuels classiques de chimie organique, la condition extrême forcerait le truxène à perdre ses hydrogènes par un processus connu sous le nom de cyclodéshydrogénation, ce qui fait que les atomes de carbone restants dans la molécule se replient en une forme sphérique (Figure 1). Mais si les voies à haute énergie dominent, une décomposition imprévisible, jusqu'à l'atomisation complète de la molécule, serait le résultat.

En corrélant largement les images MET réelles avec celles des modèles simulés (Figure 2), les chercheurs ont découvert que la molécule de truxène subit initialement une réaction de cyclodéshydrogénation contrôlée cinétiquement et thermodynamiquement. Les observations MET ont révélé que la voie de réaction se produit via des intermédiaires clés favorisés thermodynamiquement via des mécanismes de réaction organiques apparemment classiques, qui ont été identifiés et capturés sur vidéo. Ainsi, ils ont montré que le faisceau d'électrons transfère de l'énergie cinétique aux noyaux et excite les états vibrationnels de la molécule, ce qui donne à la molécule suffisamment d'énergie pour subir des réactions chimiques. Surtout, il a été constaté que la section efficace (probabilité) de la voie chimique conventionnelle est plus grande que celle du clivage destructeur de la liaison C-H.

Ces résultats décrivent pour la première fois l'analyse en espace réel et en temps réel d'une transformation discrète de molécule à molécule, capturé en vidéo. Cette observation dans l'espace réel d'une réaction chimique discrète est une étape importante dans les sciences chimiques et conduira à une meilleure compréhension des processus chimiques fondamentaux à l'échelle nanométrique. L'identification des intermédiaires clés a également révélé de nouvelles connaissances sur les réactions provoquées par des faisceaux d'électrons. Les chercheurs prévoient d'explorer toute la portée de la technique SMART-EM en l'appliquant à de plus grands systèmes, comme l'analyse des milieux liquides. Cela permettra de faire avancer la recherche dans des domaines allant de la chimie des nanomatériaux aux sciences biomédicales, où la compréhension des interactions faisceau-matière est de la plus haute importance. Les connaissances acquises dans ces études aideront également à concevoir de nouvelles stratégies pour synthétiser des nanomatériaux à l'aide de la lithographie par faisceau d'électrons.