Экспериментальные основы инфракрасной пассивной ближнепольной микроскопии (СНоиМ) и ее применения
Near-field radiation at the surface of an object is difficult to detect due to its swift-wave nature (i.e., the intensity decreases sharply as it moves away from the surface of the object). In SNoiM, this problem is effectively solved using the scanning probe technique. As shown in Fig. 1(b), when the nanoprobe is not introduced (or the probe is far away from the object surface), the near-field snappy waves near the surface of the object cannot be detected, and the microscope operates in the conventional infrared thermography mode, which obtains only the far-field radiated signals.The key of the SNoiM technique is to bring the probe close to the near-surface of the sample (e.g., within 10 nm) so that the near-field snappy waves can be effectively scattered by the tip of the probe. In this detection mode, both near-field and far-field components are present in the sample signal acquired by the probe. Therefore, by controlling the probe-to-surface spacing h, a mixed near-field and far-field signal (h < 100 nm, called near-field mode) or a single far-field signal (h >>100 нм или отведение зонда, называемое режимом дальнего поля). В конечном счете, информация о ближнем поле объекта может быть извлечена из фона в дальнем поле, используя методы модуляции и демодуляции по высоте зонда.
Сигналы ближнего поля, рассеянные зондом, сначала собираются инфракрасным объективом с высокой числовой апертурой. Однако сигналы, излучаемые в дальней зоне из окружающей среды, ИУ и самого прибора, не могут быть отменены в этом процессе, и они собираются вместе с сигналами ближнего поля с помощью инфракрасной линзы объектива, что приводит к слабым сигналам ближнего поля ИУ уничтожается большим фоновым излучением в дальней зоне. Чтобы минимизировать фоновые сигналы в дальней зоне, исследователи разработали конфокальную апертуру с очень маленькой апертурой (~ 100 мкм) над линзой инфракрасного объектива, что уменьшает пятно сбора и эффективно подавляет сигналы фонового излучения. Однако даже при этом трудно определить, существует ли достаточно чувствительный инфракрасный детектор, способный обнаружить слабые сигналы ближнего поля, рассеиваемые нанозондами. С этой целью наша команда разработала сверхвысокочувствительный инфракрасный детектор, позволяющий преодолеть этот технический барьер.
Среди них золотая цилиндрическая полость — криогенный Дьюар, в котором установлен сверхвысокочувствительный инфракрасный детектор (CSIP) собственной разработки и некоторые низкотемпературные оптические компоненты; в белом поле показаны атомно-силовой микроскоп (АСМ) на основе камертона, объектив для сбора инфракрасного излучения и предметный столик для образцов, собранный в лаборатории. Пространственное разрешение ИК-изображения ближнего поля больше не ограничивается длиной волны зонда, а определяется размером кончика зонда. Методом электрохимического травления можно получить металлические (вольфрамовые) нанозонды с превосходной морфологией, диаметр кончика которых может составлять всего 100 нм или меньше.
