Los diferentes elementos que se encuentran en la naturaleza tienen cada uno sus isótopos distintos. Para el carbono, hay 99 átomos del isótopo de carbono estable más ligero 12C por cada átomo de 13C, que tiene un neutrón más en su núcleo. Aparte de esta variación natural, los materiales se pueden cultivar a partir de productos químicos enriquecidos con isótopos. Esto permite a los científicos estudiar cómo se organizan los átomos en sólidos, por ejemplo para mejorar su síntesis. Todavía, la mayoría de las técnicas tradicionales para medir la proporción de isótopos requieren la descomposición del material o están limitadas a una resolución de cientos de nanómetros, oscureciendo detalles importantes.

En el nuevo estudio, dirigido por Jani Kotakoski, Los investigadores de la Universidad de Viena utilizaron el microscopio electrónico de transmisión de barrido avanzado Nion UltraSTEM100 para medir isótopos en áreas de tamaño nanométrico de una muestra de grafeno. Los mismos electrones energéticos que forman una imagen de la estructura del grafeno también pueden expulsar un átomo a la vez debido a la dispersión en un núcleo de carbono. Debido a la mayor masa del isótopo 13C, un electrón puede darle a un átomo de 12C una patada ligeramente más fuerte, eliminándolo más fácilmente. La cantidad de electrones que se requieren en promedio da una estimación de la concentración de isótopos locales. "La clave para hacer este trabajo fue combinar experimentos precisos con un modelo teórico mejorado del proceso", dice Toma Susi, el autor principal del estudio.

Publicando en Comunicaciones de la naturaleza permitió al equipo adoptar plenamente la ciencia abierta. Además de publicar los informes de revisión por pares junto con el artículo, Se incluye una descripción completa de los métodos y análisis. Sin embargo, los investigadores dieron un paso más y cargaron sus datos de microscopía en el repositorio abierto figshare. Cualquiera con una conexión a Internet puede acceder libremente, utilice y cite los gigabytes de imágenes de alta calidad. Toma Susi continúa:"Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que los datos de microscopía electrónica se comparten abiertamente a esta escala ".

Los resultados muestran que los microscopios electrónicos de resolución atómica pueden distinguir entre diferentes isótopos de carbono. Aunque el método ahora se demostró solo para el grafeno, en principio, se puede ampliar para otros materiales bidimensionales, y los investigadores tienen una patente pendiente sobre esta invención. "Los microscopios modernos ya nos permiten resolver todas las distancias atómicas en sólidos y ver qué elementos químicos los componen. Ahora podemos agregar isótopos a la lista", Jani Kotakoski concluye.