Une étude, dont les résultats intitulés «Hydrogen positions in single nanocrystals revealed by electron diffraction» ont été publiés dans la revue Science, a permis de révéler la structure de cristaux nanométriques en utilisant la diffraction des électrons: «la méthode est si sensible qu'elle localise même, pour la première fois, la position des atomes d'hydrogène, primordiale pour accéder à la morphologie des molécules ou à la taille des cavités dans les matériaux poreux».

Soulignons tout d'abord que «les méthodes d'analyse par diffraction sont très utilisées dans les laboratoires», mais que, jusqu'ici, elles peinaient «à étudier des échantillons de taille inférieure au micromètre». En effet, la diffraction des rayons X ou des neutrons, «qui permet d'obtenir la structure atomique des solides cristallins, essentielle à la compréhension des propriétés de la matière, des mécanismes réactionnels ou du monde du vivant», nécessite «des cristaux de l'ordre du micromètre pour les rayons X et du millimètre pour les neutrons».

Pour sa part, «la diffraction des électrons rend possible l'étude d'échantillons nanométriques, grâce à la forte interaction avec la matière de ces particules chargées», mais «des diffractions multiples se produisent et dégradent la qualité des résultats obtenus».

Cette situation s'explique par le fait que, «dans le cadre de la théorie dite cinématique de la diffraction», on peut faire l'approximation «que les particules diffractées ne subissent qu'un seul évènement de diffraction» ce qui «simplifie considérablement les analyses pour les rayons X et les neutrons», mais ce n'est plus possible dans le cas des électrons pour lesquels il faut «utiliser la théorie dite dynamique qui prend en compte le fait que les électrons peuvent être diffractés plusieurs fois avant d'être libérés» et qui exige alors «un traitement spécifique, une analyse longue et complexe».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée a pu, «grâce à une nouvelle application de la théorie dynamique à l'analyse de données de diffraction des électrons», déterminer «les structures d'un composé organique, le paracétamol, et d'un composé inorganique, un aluminophosphate de cobalt».

La sensibilité de la méthode est telle qu'elle «permet de révéler jusqu'à la position des atomes les plus légers, ceux d'hydrogène». Cette position est précieuse «pour accéder à la morphologie des molécules organiques, aux interactions faibles dans la matière, ou à la taille des cavités dans les matériaux inorganiques poreux». En conséquence, grâce à ce travail, «les structures des nombreux composés ne formant que de très petits cristaux» pourront désormais être déterminées, «y compris avec les positions des atomes d'hydrogène».