Deze microscoop kan individuele atomen in beeld brengen

Omdat ze steeds kleiner worden, vragen onze gadgets om materialen die op nanoniveau geproduceerd worden. En daarvoor moet je het van heel dichtbij kunnen bekijken. Van superdichtbij. Onderzoeksinstituut SuperSTEM in het Verenigd Koninkrijk onthulde recentelijk een nieuwe elektronenmicroscoop die objecten in beeld brengt op nog nooit vertoonde resolutie, waardoor individuele atomen zichtbaar worden.

SuperSTEM heeft nu drie elektronenmicroscopen die wetenschappers voor hun onderzoek kunnen gebruiken. De nieuwste is afgelopen maand in gebruik genomen. De Nion Hermes rasterelektronenmicroscoop kost 5,2 miljoen euro en volgens het instituut zijn er maar twee andere van dit soort microscopen in de wereld. Het kan objecten in beeld brengen die een miljoen keer kleiner zijn dan een mensenhaar.

"Eigenlijk zijn we in staat om materialen, of de meeste andere dingen die we onder de microscoop leggen, op atomair niveau te bekijken, zegt Quentin Ramasse, wetenschappelijk directeur van SuperSTEM. "We kunnen atomen individueel en in groepen bekijken."

Normale microscopen werken met fotonen die een veel grotere golflengte dan elektronen hebben. Door de kortere golflengte van elektronen is een grotere vergroting mogelijk. Daarnaast produceren elektronenmicroscopen beelden op hogere resolutie.

Waarom zou je iets van zo dichtbij willen zien? Volgens Ramasse is de meest overduidelijke reden dat we apparaten steeds kleiner maken. Daarvoor moeten de onderdelen zoals transistors en halfgeleiders ook kleiner worden.

We komen op een punt dat we de eigenschappen van materialen kunnen veranderen door het toevoegen of verwijderen van slechts één of twee atomen. Denk bijvoorbeeld aan het wondermateriaal grafeen: een tweedimensionaal gaas van koolstofatomen. Als daar her en der een atoompje aan wordt toegevoegd, verandert het hele materiaal. De exacte structuur bepaalt hoe het materiaal zich gedraagt.

Een project waarin SuperSTEM betrokken is, is onderzoek naar een ander 2D-materiaal: molybdeendisulfiede. Dit kan gebruikt worden als een katalysator om zwavel uit fossiele brandstoffen te halen. Het Deense chemiebedrijf Haldor Topsoe heeft elektronenmicroscopen gebruikt om te onderzoeken wat voor invloed veranderingen in de structuur hebben op de katalyse-eigenschappen.

Tot op zekere hoogte geeft de microscoop simpelweg een mogelijkheid om te zien hoe iets er daadwerkelijk uitziet.

Een andere toepassing ligt in het veld van nanomedicijnen. Ramasse gaf als voorbeeld dat met de microscoop gecontroleerd kan worden of een molecuul van een medicijn goed genoeg vastzit aan een nanodeeltje, zodat het medicijn op de juiste plaats in het lichaam afgegeven wordt. "Je wil zeker weten dat de verbinding sterk is zodat het medicijn niet in het lichaam verdwijnt."

Terwijl de meeste toepassingen in de scheikunde liggen, zeg hij ook dat de microscopen gebruikt worden voor exotischere dingen. Zoals naar de kristallijne structuur van stofdeeltjes uit meteorieten. Een soort van close-up van het buitenaardse.