Химикам из Японии удалось проследить за диффузией изотопов углерода ¹²C на листе графена, состоящего из изотопа ¹³С. Отличить один изотоп от другого помогла колебательная спектроскопия, а наблюдали за процессом химики с помощью электронной микроскопии.

Исследование опубликовано в Nature.

Чтобы изучать поведение разных изотопов одного элемента, необходимо уметь регистрировать небольшую разницу в массах этих изотопов. И, несмотря на то, что существует много методов, позволяющих аналитически регистрировать изотопы (например, масс-спектрометрия), отличить один изотоп от другого, когда речь идет о нескольких атомах, очень трудно. Так, например, с помощью просвечивающего электронного микроскопа можно получать изображения электростатического потенциала отдельных атомов, но отличить один изотоп от другого нельзя, потому что небольшое изменение массы ядра не оказывает сильного эффекта на электронную структуру атома.

Один из доступных методов для определения изотопов — спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (EELS). Его суть заключается в том, что образец облучается электронами с известным набором кинетических энергий, а электронный спектрометр регистрирует потери в энергиях электронов от неупругих столкновений с образцом. Этот метод колебательной спектроскопии очень чувствителен, и его можно использовать в экспериментах одновременно с просвечивающей растровой электронной микроскопией (STEM).

Колебательные спектры графена, состоящего из разных изотопов углерода / Senga et al. / Nature, 2022

Химики из Японии под руководством Ресукэ Cенга (Ryosuke Senga) предложили использовать эту комбинацию методов для наблюдения за отдельными изотопами углерода.