Principii experimentale ale microscopiei în câmp apropiat pasiv în infraroșu (SNoiM) și aplicațiile sale
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 sau retragerea sondei, numită modul câmp îndepărtat). În cele din urmă, informațiile din câmpul apropiat ale obiectului pot fi extrase din fundalul câmpului îndepărtat folosind tehnicile de modulare și demodulare a înălțimii sondei.
Semnalele de câmp apropiat împrăștiate de sondă sunt mai întâi colectate de o lentilă obiectiv infraroșu cu deschidere numerică mare. Cu toate acestea, semnalele radiate în câmp îndepărtat din mediul înconjurător, DUT și instrumentul însuși nu pot fi anulate în acest proces și sunt colectate împreună cu semnalele din câmpul apropiat de către obiectivul infraroșu, rezultând semnale slabe de câmp apropiat de DUT-ul fiind anihilat de radiația de fond mare în câmp îndepărtat. Pentru a minimiza semnalele de fundal în câmp îndepărtat, cercetătorii au proiectat o deschidere confocală cu o deschidere foarte mică (~100 μm) deasupra lentilei obiectivului infraroșu, care reduce punctul de colectare și suprimă eficient semnalele de radiație de fundal. Cu toate acestea, chiar și cu aceasta, este dificil de determinat dacă există un detector în infraroșu suficient de sensibil care poate detecta semnalele slabe de câmp apropiat împrăștiate de nanosonde. În acest scop, echipa noastră a dezvoltat un detector în infraroșu cu sensibilitate ultra-înaltă pentru a depăși această barieră tehnică.
Printre acestea, cavitatea cilindrică aurie este un Dewar criogenic, care poartă detectorul infraroșu de sensibilitate ultra-înaltă (CSIP) auto-dezvoltat și unele componente optice la temperatură joasă; caseta albă arată microscopul cu forță atomică (AFM) bazat pe diapazon, obiectivul de colectare în infraroșu și zona de etapă a probei asamblate în laborator. Rezoluția spațială a imaginii în câmp apropiat IR nu mai este limitată de lungimea de undă a sondei, ci este determinată de dimensiunea vârfului sondei. Prin metoda de gravare electrochimică, pot fi preparate nanosonde metalice (tungsten) cu morfologie excelentă, în care diametrul vârfului poate fi de până la 100 nm sau mai puțin.
