I diversi elementi presenti in natura hanno ciascuno i propri isotopi distinti. Per il carbonio, ci sono 99 atomi dell'isotopo di carbonio stabile più leggero 12C per ogni atomo di 13C, che ha un neutrone in più nel suo nucleo. A parte questa variazione naturale, i materiali possono essere coltivati ​​da sostanze chimiche arricchite di isotopi. Ciò consente agli scienziati di studiare come gli atomi si organizzano in solidi, ad esempio per migliorarne la sintesi. Ancora, le tecniche più tradizionali per misurare il rapporto isotopico richiedono la decomposizione del materiale o sono limitate a una risoluzione di centinaia di nanometri, oscurare dettagli importanti.

Nel nuovo studio, guidato da Jani Kotakoski, i ricercatori dell'Università di Vienna hanno utilizzato il microscopio elettronico a trasmissione a scansione avanzata Nion UltraSTEM100 per misurare gli isotopi in aree di dimensioni nanometriche di un campione di grafene. Gli stessi elettroni energetici che formano un'immagine della struttura del grafene possono anche espellere un atomo alla volta a causa della dispersione in un nucleo di carbonio. A causa della maggiore massa dell'isotopo 13C, un elettrone può dare a un atomo di 12C un calcio leggermente più forte, buttandolo fuori più facilmente. Quanti elettroni sono in media richiesti fornisce una stima della concentrazione isotopica locale. "La chiave per realizzare questo lavoro è stata combinare esperimenti accurati con un modello teorico migliorato del processo", dice Toma Susi, l'autore principale dello studio.

Pubblicazione in Comunicazioni sulla natura ha permesso al team di abbracciare completamente la scienza aperta. Oltre a pubblicare i rapporti di revisione tra pari insieme all'articolo, è inclusa una descrizione completa dei metodi e delle analisi. Però, i ricercatori sono andati oltre e hanno caricato i loro dati di microscopia sul repository aperto figshare. Chiunque disponga di una connessione Internet può così accedere liberamente, utilizzare e citare i gigabyte di immagini di alta qualità. Toma Susi continua:"A nostra conoscenza, questa è la prima volta che i dati della microscopia elettronica vengono condivisi apertamente su questa scala".

I risultati mostrano che i microscopi elettronici a risoluzione atomica possono distinguere tra diversi isotopi del carbonio. Sebbene il metodo sia stato ora dimostrato solo per il grafene, può in linea di principio essere esteso ad altri materiali bidimensionali, e i ricercatori hanno un brevetto in sospeso su questa invenzione. "I microscopi moderni ci consentono già di risolvere tutte le distanze atomiche nei solidi e di vedere quali elementi chimici li compongono. Ora possiamo aggiungere gli isotopi alla lista", Jani Kotakoski conclude.