Kızılötesi pasif yakın alan mikroskobunun (SNoiM) deneysel prensipleri ve uygulamaları
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 nm veya uzak alan modu adı verilen probun geri çekilmesi) elde edilebilir. Sonuçta, nesnenin yakın alan bilgisi, prob yüksekliği modülasyonu ve demodülasyon teknikleri kullanılarak uzak alan arka planından çıkarılabilir.
Prob tarafından saçılan yakın alan sinyalleri ilk önce yüksek sayısal açıklığa sahip kızılötesi objektif lens tarafından toplanır. Ancak ortamdan, DUT'tan ve cihazın kendisinden yayılan uzak alan sinyalleri bu süreçte iptal edilemez ve kızılötesi objektif merceği tarafından yakın alan sinyalleriyle birlikte toplanarak cihazın yakın alan sinyallerinin zayıf olmasına neden olur. DUT, geniş uzak alan arka plan radyasyonu tarafından yok ediliyor. Uzak alan arka plan sinyallerini en aza indirmek için araştırmacılar, kızılötesi objektif merceğinin üzerinde çok küçük bir açıklığa (~100 μm) sahip, toplama noktasını azaltan ve arka plan radyasyon sinyallerini etkili bir şekilde bastıran eş odaklı bir açıklık tasarladılar. Ancak bununla bile nanoprobların saçtığı zayıf yakın alan sinyallerini tespit edebilecek yeterince hassas bir kızılötesi dedektörün olup olmadığını belirlemek zordur. Bu amaçla ekibimiz, bu teknik engeli aşmak için ultra yüksek hassasiyetli bir kızılötesi dedektör geliştirdi.
Bunların arasında, altın silindirik boşluk, kendi geliştirdiği ultra yüksek hassasiyetli kızılötesi dedektörü (CSIP) ve bazı düşük sıcaklıklı optik bileşenleri taşıyan kriyojenik bir Dewar'dır; beyaz kutu diyapazon tabanlı atomik kuvvet mikroskobunu (AFM), kızılötesi toplama hedefini ve laboratuvarda bir araya getirilen numune aşaması alanını gösterir. IR yakın alan görüntüsünün uzamsal çözünürlüğü artık prob dalga boyuyla sınırlı değildir, ancak prob ucunun boyutuyla belirlenir. Elektrokimyasal aşındırma yöntemiyle, uç çapı 100 nm veya daha küçük olabilen, mükemmel morfolojiye sahip metal (tungsten) nanoproblar hazırlanabilir.
