Experimentální principy infračervené pasivní mikroskopie blízkého pole (SNoiM) a její aplikace
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 nebo vytažení sondy, tzv. režim vzdáleného pole). Nakonec lze informace blízkého pole objektu extrahovat z pozadí vzdáleného pole pomocí technik výškové modulace a demodulace sondy.
Signály blízkého pole rozptýlené sondou jsou nejprve shromažďovány čočkou infračerveného objektivu s vysokou numerickou aperturou. Signály vyzařované do dalekého pole z okolí, DUT a samotného přístroje však v tomto procesu nelze zrušit a jsou shromažďovány se signály blízkého pole infračervenou čočkou objektivu, což má za následek slabé signály blízkého pole. DUT je zničeno velkým zářením pozadí vzdáleného pole. Aby se minimalizovaly signály pozadí vzdáleného pole, výzkumníci navrhli konfokální aperturu s velmi malou aperturou (~100 μm) nad čočkou infračerveného objektivu, která snižuje sběrné místo a účinně potlačuje signály záření pozadí. I s tímto je však obtížné určit, zda existuje dostatečně citlivý infračervený detektor, který dokáže detekovat slabé signály blízkého pole rozptýlené nanosondami. Za tímto účelem náš tým vyvinul infračervený detektor s ultravysokou citlivostí, který tuto technickou bariéru překoná.
Mezi nimi je zlatá válcová dutina kryogenní Dewar, která nese samostatně vyvinutý ultra-vysoko citlivý infračervený detektor (CSIP) a některé nízkoteplotní optické komponenty; bílý rámeček ukazuje mikroskop atomové síly (AFM) na bázi ladičky, infračervený sběrný objektiv a plochu vzorku sestavené v laboratoři. Prostorové rozlišení IR obrazu blízkého pole již není omezeno vlnovou délkou sondy, ale je určeno velikostí hrotu sondy. Metodou elektrochemického leptání lze připravit kovové (wolframové) nanosondy s vynikající morfologií, u kterých může být průměr hrotu až 100 nm nebo méně.
