I metodi analitici basati sulla diffrazione sono ampiamente utilizzati nei laboratori, ma fanno fatica a studiare campioni di dimensioni inferiori a un micrometro. Ricercatori del Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CNRS/Ensicaen/Unicaen), il Laboratoire catalyze et spectrochimie (CNRS/Ensicaen/Unicaen), e l'Accademia delle scienze della Repubblica Ceca sono comunque riuscite a utilizzare la diffrazione elettronica per rivelare la struttura dei nanocristalli2. Il loro metodo è così sensibile che ha persino localizzato per la prima volta la posizione degli atomi di idrogeno, che è cruciale per accedere alla morfologia delle molecole o alla dimensione delle cavità nei materiali porosi. Questa ricerca, pubblicato il 13 gennaio 2017, ha fatto la prima pagina del giornale Scienza .

La diffrazione di raggi X o neutroni da cristalli è un metodo di scelta per ottenere la struttura atomica dei solidi cristallini essenziale per comprendere le proprietà dei materiali, meccanismi di reazione o biomolecole come proteine ​​o DNA. Però, questa tecnica richiede cristalli dell'ordine di un micrometro, nel caso dei raggi X, e di un millimetro, nel caso dei neutroni. La diffrazione elettronica consente lo studio di campioni di dimensioni nanometriche, grazie alla forte interazione con il materiale di queste particelle cariche. Lo svantaggio è che si verificano più diffrazioni e riducono la qualità dei risultati ottenuti.

Nella teoria cinematica della diffrazione, si assume che le particelle diffratte subiscano un singolo evento di diffrazione. Questa approssimazione semplifica notevolmente le analisi per raggi X e neutroni, ma non funziona per gli elettroni. È quindi necessario utilizzare la teoria dinamica della diffrazione, che tiene conto del fatto che gli elettroni possono essere diffratti più volte. Ciò richiede una specifica forma di elaborazione, e una lunga e complessa analisi.

Grazie ad una nuova applicazione della teoria dinamica all'analisi dei dati di diffrazione elettronica, è stato possibile determinare le strutture di un composto organico, paracetamolo, e un composto inorganico, un alluminofosfato di cobalto. La notevole sensibilità di questo metodo permette di rivelare la posizione anche degli atomi più leggeri, cioè atomi di idrogeno. La loro posizione è cruciale per accedere alla morfologia delle molecole organiche, interazioni deboli nel materiale, e la dimensione delle cavità nei materiali inorganici porosi. Localizzando gli atomi di idrogeno, è dimostrato che la struttura dei numerosi composti che formano solo cristalli molto piccoli può ora essere risolta nei suoi minimi dettagli. Questa ricerca apre la strada a un ampio uso della diffrazione elettronica per determinare la struttura dei cristalli a cui non è possibile accedere mediante raggi X o diffrazione di neutroni.