Eksperimentelle principper for infrarød passiv nærfeltsmikroskopi (SNoiM) og dens anvendelser
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 eller tilbagetrækning af sonden, kaldet fjernfeltstilstand) kan opnås. I sidste ende kan nærfeltinformationen om objektet udvindes fra fjernfeltsbaggrunden ved hjælp af probehøjdemodulations- og demodulationsteknikker.
Nærfeltssignalerne spredt af sonden opsamles først af en infrarød objektivlinse med høj numerisk blænde. De fjernfeltsudstrålede signaler fra omgivelserne, DUT'en og selve instrumentet kan dog ikke annulleres i denne proces, og de opsamles med nærfeltssignalerne af den infrarøde objektivlinse, hvilket resulterer i de svage nærfeltssignaler af DUT udslettes af den store fjernfelts baggrundsstråling. For at minimere fjernfeltsbaggrundssignalerne designet forskerne en konfokal blænde med en meget lille blænde (~100 μm) over den infrarøde objektivlinse, som reducerer opsamlingspunktet og effektivt undertrykker baggrundsstrålingssignalerne. Men selv med dette er det svært at afgøre, om der er en følsom nok infrarød detektor, der kan detektere de svage nærfeltssignaler spredt af nanoproberne. Til dette formål har vores team udviklet en ultra-højfølsom infrarød detektor for at overvinde denne tekniske barriere.
Blandt dem er det gyldne cylindriske hulrum en kryogen Dewar, som bærer den selvudviklede ultrahøjfølsomme infrarøde detektor (CSIP) og nogle optiske lavtemperaturkomponenter; den hvide boks viser det stemmegaffel-baserede atomkraftmikroskop (AFM), det infrarøde opsamlingsmål og prøvestadiets område samlet i laboratoriet. Den rumlige opløsning af IR-nærfeltbilledet er ikke længere begrænset af probebølgelængden, men bestemt af probespidsstørrelsen. Ved elektrokemisk ætsningsmetode kan metal (wolfram) nanoprober med fremragende morfologi fremstilles, hvor spidsdiameteren kan være så lille som 100 nm eller mindre.
