Le particelle d'oro su scala nanometrica sono studiate intensamente per l'applicazione come catalizzatori, sensori, dispositivi per la somministrazione di farmaci, agenti di contrasto e componenti biologici in fotonica ed elettronica molecolare. Acquisire conoscenza delle loro strutture su scala atomica, fondamentale per la comprensione delle proprietà fisiche e chimiche, è stato impegnativo. Ora, ricercatori della Stanford University, STATI UNITI D'AMERICA, hanno dimostrato che la microscopia elettronica ad alta risoluzione può essere utilizzata per rivelare una struttura tridimensionale in cui si osservano tutti gli atomi d'oro. I risultati sono in stretto accordo con una struttura prevista presso l'Università di Jyväskylä, Finlandia, sulla base di modelli teorici e spettroscopia infrarossa (vedi Figura). La ricerca è stata pubblicata su Scienza il 22 agosto 2014.

La nanoparticella d'oro rivelata ha un diametro di 1,1 nm e contiene 68 atomi d'oro organizzati in modo cristallino al centro della particella. Il risultato è stato supportato dalla diffusione di raggi X a piccolo angolo eseguita nel Lawrence Berkeley National Laboratory, STATI UNITI D'AMERICA, e dalla spettrometria di massa eseguita presso l'Università di Hokkaido, Giappone.

La microscopia elettronica è simile in linea di principio alla microscopia ottica convenzionale, con l'eccezione che la lunghezza d'onda del fascio di elettroni utilizzata per l'imaging è vicina alla spaziatura degli atomi nella materia solida, circa un decimo di nanometro, in contrasto con la lunghezza d'onda della luce visibile, che è centinaia di nanometri. Un aspetto cruciale del nuovo lavoro è l'irradiazione della nanoparticella con pochissimi elettroni per evitare di perturbare la struttura della nanoparticella. Il successo di questo approccio apre la strada alla determinazione di molte più strutture di nanoparticelle e sia alla comprensione fondamentale che alle applicazioni pratiche.

I ricercatori coinvolti nel lavoro sono Maia Azubel, Ai Leen Koh, David Bushnell e Roger D. Kornberg della Stanford University, Sami Malola, Jaakko Koivisto, Mika Pettersson e Hannu Häkkinen dell'Università di Jyväskylä, Greg L. Hura del Lawrence Berkeley National Laboratory, e Tatsuya Tsukuda e Hironori Tsunoyama dell'Università di Hokkaido. Il lavoro presso l'Università di Jyväskylä è stato sostenuto dall'Accademia di Finlandia. Il lavoro di calcolo nel gruppo di Hannu Häkkinen è stato svolto presso il centro HLRS-GAUSS di Stoccarda nell'ambito del progetto PRACE "Nano-oro alla bio-interfaccia".