В конце 2019 года в Институте катализа СО РАН запущен новый просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения Themis Z. Он обладает уникальными характеристиками, позволяющими назвать его одним из самых высокотехнологичных микроскопов в мире, применяемых на данный момент для исследований в области катализа, физической химии и материаловедения. Оборудование было изготовлено компанией Thermo Fisher Scientific в Нидерландах по заказу ИК СО РАН. Стоимость микроскопа составила около 495 миллионов рублей, субсидию на его приобретение Институт получил из федерального бюджета.

Новый микроскоп обладает разрешением 0,7 ангстрем в режиме просвечивающей электронной микроскопии и 0,6 ангстрем в режиме сканирующей просвечивающей электронной микроскопии, что позволяет визуализировать индивидуальные атомы даже при отсутствии кристаллической решетки. Получение изображения с максимальным паспортным разрешением 0,6 и 0,7 ангстрем обеспечивают два корректора сферических аберраций. На данный момент в России — это единственный прибор, оснащенный двумя корректорами.

«Микроскоп располагает множеством исследовательских опций. Например, мы можем проводить элементный анализ (EDX – прим. ИК СО РАН) который позволяет получать данные о химическом составе образца с пространственным разрешением до 1 нм и осуществлять картирование химических элементов: понять, в каких позициях находятся разные атомы и визуализировать их пространственное распределение, – комментирует научный сотрудник лаборатории структурных методов исследования, к.ф.-м.н. Евгений Герасимов. – Кроме того, режим EELS (Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами – прим. ИК СО РАН) позволяет детектировать лёгкие элементы, такие как бор, фосфор, азот, кислород, и помогает «расставить» их по позициям кристаллической решётки. Электронная томография дает возможность получать трёхмерные изображения структур образцов. Магнитная микроскопия позволяет визуализировать различные магнитные домены».

Уникальные характеристики прибора открывают возможность для исследования гетерогенных катализаторов со сверхнизким содержанием активного компонента, включая т. н. single site катализаторы, в которых активными центрами являются кластеры или одиночные атомы металлов, локализованные на поверхности носителя. Комплектация микроскопа также предусматривает возможность инсталляции дополнительной ячейки in situ, которая позволит изучать эволюцию катализаторов непосредственно в ходе протекания химического процесса.

Специфика и сложность микроскопа потребовали создание специального помещения с особыми микроклиматом и инфраструктурой. Прибор высотой около пяти метров занимает отдельную комнату, оборудованную системой экранирования внешних магнитных полей, антивибрационной защиты и прецизионного термостатирования, которая обеспечивает постоянную температуру и влажность. Также к микроскопу с трансформаторной подстанции проведена отдельная линия электропитания для обеспечения стабильного бесперебойного питания и устранения возможных электромагнитных помех.

Атомарное разрешение кристаллической структуры золота (режим сканирующей просвечивающей электронной микроскопии)

«Уникальность данного микроскопа заключается в том, что это самый высокоразрешающий прибор в мире на данный момент, — говорит Евгений Герасимов. — Он позволит нам видеть то, что раньше мы видеть не могли, лучше понять природу материла и взаимное расположение его составляющих элементов. С помощью этого прибор экстра-класса мы сможем получать качественно новые данные, которые позволят нам выйти на принципиально новый уровень решения научных задач».