(TEM)
Các nhà vật lý Mỹ vừa khẳng định họ đã sử dụng một kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để quan sát một đơn nguyên tử Hydro, một nguyên tử rất nhẹ. Bước đột phá này được tạo ra bằng cách đưa nguyên tử trên một tấm graphene. Ta có thể nhìn thấy các chuỗi hydrocacbon di động trên bề mặt tấm graphene, và giả thiết rằng kỹ thuật này có thể được sử dụng để nghiên cứu các quá trình động học trong các phân tử sinh học.
Kính hiển vi điện tử truyền qua được dùng để quan sát các nguyên tử riêng biệt, nhưng mới chỉ có thể sử dụng để ghi ảnh các nguyên tử nặng. Một nguyên nhân là TEM tạo ảnh bằng cách chiếu một chùm điện tử hẹp qua mẫu vật và đo góc lệch của điện tử bị lệch đi khi qua các nguyên tử. Các nguyên tử nhẹ (ví dụ như Hydro, Helium…) thì lệch ít hơn rất nhiều so với các nguyên tử nặng, có nghĩa là việc ghi ảnh rất khó khăn. Mẫu vật sử dụng trong TEM cần phải được đặt trên một đế cần phải đủ bền để không bị phá hủy bởi chùm điện tử có năng lượng cao nhưng lại
phải đủ mỏng để cho hầu hết các điện tử truyền qua. Các màng mỏng kim loại hoặc bán
Hình 20: Hình ảnh đơn nguyên tử Hydro
Hình 21: Ảnh chụp các nguyên tử riêng biệt ở độ phóng đại siêu cao a) Nguyên tử cacbon (chấm đen được chỉ mũi tên), b) phân bố cường độ ảnh, c) mô hình nguyên tử; d) nguyên tử hydro. Thang chia độ dài là 2 nm
dẫn thường được dùng làm đế nhưng lại rất nặng so với các nguyên tử đơn nhất và lại chứa nhiều nguyên tử nặng hơn nhiều so với cacbon và hydro. Do đó, tán xạ từ đế thường có xu hướng che mất các tín hiệu (vốn rất yếu) từ các nguyên tử nhẹ. Để khắc phục vấn đề này người ta sử dụng graphene. Ý tưởng này được đưa ra khi các nhà khoa học sử dụng TEM để nghiên cứu các sai hỏng trong graphene. Trong khi quan sát các nhà khoa học phát hiện ra rằng họ có thể phân biệt các nguyên tử cacbon và hydrogen riêng biệt cũng như là các chuỗi hydrocacbon – là các nhiễm bẩn trên bề mặt của graphene. Đặc tính chủ yếu của kỹ thuật là các nguyên tử cacbon trong mạng graphene là không thể nhìn thấy với TEM cho dù là kỹ thuật này có thể nhìn thấy một cách rõ ràng nguyên tử cacbon riêng lẻ trên bề mặt graphene.
Các nguyên tử cacbon được xếp trong những sự sắp xếp thông thường với một khoảng cách không thể phân tích trong kính hiển vi, do đó, tấm cacbon cung cấp một nền đồng đều mà ta vẫn cho là không có cấu trúc nào trên nó. Cùng với việc nhìn thấy các nguyên tử riêng biệt, ta có thể quan sát thấy việc chùm điện tử tạo ra một
lỗ thụ động trên đế graphene. Thậm chí có thể quan sát thấy một lỗ đang được sửa chữa khi mà graphene hấp thụ các nguyên tử cacbon từ môi trường xung quanh.
Graphene là một đế cực tốt cho các mẫu TEM vì nó có một ảnh hưởng tối thiểu
trong quá trình ghi ảnh. Một lớp graphene đơn nhất có thể giúp cho việc tăng độ nhạy ghi ảnh. Tuy nhiên, đối với việc quan sát đơn nguyên tử chỉ có thể sử dụng một cách hạn chế bởi vì quá khó để tiến hành và lại dễ dẫn đến việc hiểu sai các thông tin.