Lors d'une percée, les chercheurs de Tokyo Tech ont réussi à observer et à caractériser l'assemblage dynamique d'atomes métalliques à l'aide d'une combinaison ingénieuse de microscopie électronique à transmission à balayage et d'un suivi basé sur la vidéo. En visualisant des molécules à courte durée de vie, telles que les dimères et trimères métalliques, qui ne peuvent pas être observées à l'aide de méthodes traditionnelles, les chercheurs ouvrent la possibilité d'observer davantage de telles structures dynamiques prédites par des simulations.

La chimie est l'étude de la formation de liaisons (ou dissociation) entre les atomes. La connaissance de la formation des liaisons chimiques est, en fait, fondamentale non seulement pour toute la chimie, mais aussi pour des domaines comme la science des matériaux. Cependant, la chimie traditionnelle s'est largement limitée à l'étude des composés stables. L'étude de l'assemblage dynamique entre atomes lors d'une réaction chimique a reçu peu d'attention. Cependant, avec les progrès récents de la chimie computationnelle, les structures dynamiques à courte durée de vie gagnent en importance. L'observation expérimentale et la caractérisation des liaisons dynamiques prédites entre les atomes, telles que la formation de dimères métalliques, pourraient ouvrir de nouvelles frontières de recherche en chimie et en science des matériaux.

Cependant, l'observation de cette dynamique obligataire nécessite également le développement d'une nouvelle méthodologie. En effet, les techniques de caractérisation conventionnelles ne fournissent qu'une information structurelle moyennée dans le temps et sont donc inadéquates pour observer les liaisons au fur et à mesure qu'elles se forment.

Dans ce contexte, des chercheurs japonais dirigés par le professeur associé Takane Imaoka de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) ont maintenant fourni une solution ingénieuse. Dans leur étude publiée dans Nature Communications , l'équipe a utilisé une combinaison de suivi vidéo et une technique appelée "microscopie électronique à transmission par balayage à champ sombre annulaire" (ADF-STEM) pour effectuer une imagerie séquentielle de différents atomes métalliques interagissant les uns avec les autres. Cela leur a permis d'observer directement des structures transitoires résultant d'un assemblage de deux atomes similaires (dimères homo-métalliques), de deux atomes différents (dimères hétéro-métalliques) et de trois atomes différents (trimères hétéro-métalliques).

L'équipe a commencé par déposer des atomes d'atomes d'or (Ag), d'argent (Ag) et de cuivre (Cu) sur une nanoplaque de graphène en utilisant une méthode appelée "dépôt arc-plasma". Pour s'assurer que suffisamment d'atomes isolés étaient disponibles, le dépôt a été limité à environ 0,05 à 0,015 monocouches et des observations à fort grossissement ont été effectuées sur les régions plates du substrat de graphène.

"L'identification élémentaire des atomes était disponible avec un suivi en temps réel des atomes en mouvement, tandis que l'ADF-STEM permettait d'observer les atomes sous dose d'électrons. Cela nous a aidés à éviter les densités de courant élevées généralement nécessaires pour l'analyse d'un seul atome, ce qui peut causer des dommages matériels », explique le Dr Imaoka.

De plus, l'imagerie ADF-STEM a montré une précision de discrimination atomique extrêmement élevée, allant de 98,7 % pour Au-Ag à 99,9 % pour les paires Au-Cu. D'autres appariements ont également montré des niveaux de discrimination similaires. De plus, l'équipe a également pu observer Au–Ag–Cu, un trimère hétéro-métallique à durée de vie extrêmement courte.

"Bien que nos instantanés ne correspondent pas parfaitement aux structures prédites par les calculs théoriques, les longueurs moyennes des liaisons entre les éléments des structures observées sont en bon accord avec les calculs", déclare le Dr Imaoka.

Les résultats de cette étude pourraient conduire à des développements rapides dans le domaine des nanosciences, où la caractérisation des agrégats métalliques et des sous-nanoparticules gagne en importance, et, ce faisant, ouvrir des portes vers un tout nouveau domaine de la matière. + Explorer plus loin

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