Eksperimentelle prinsipper 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 tilbaketrekking av sonden, kalt fjernfeltmodus) kan oppnås. Til syvende og sist kan nærfeltinformasjonen til objektet trekkes ut fra fjernfeltsbakgrunnen ved å bruke sondehøydemodulasjons- og demodulasjonsteknikker.
Nærfeltsignalene som spres av sonden samles først opp av en infrarød objektivlinse med høy numerisk blenderåpning. Imidlertid kan fjernfeltutstrålte signaler fra omgivelsene, DUT og selve instrumentet ikke kanselleres i denne prosessen, og de samles opp med nærfeltsignalene av den infrarøde objektivlinsen, noe som resulterer i svake nærfeltsignaler av DUT blir tilintetgjort av den store fjernfelts bakgrunnsstrålingen. For å minimere fjernfeltsbakgrunnssignalene designet forskerne en konfokal blenderåpning med en veldig liten blenderåpning (~100 μm) over den infrarøde objektivlinsen, som reduserer oppsamlingspunktet og effektivt undertrykker bakgrunnsstrålingssignalene. Men selv med dette er det vanskelig å avgjøre om det er en sensitiv nok infrarød detektor som kan oppdage de svake nærfeltsignalene spredt av nanoprobene. For dette formål har teamet vårt utviklet en ultra-høyfølsom infrarød detektor for å overvinne denne tekniske barrieren.
Blant dem er det gylne sylindriske hulrommet en kryogen Dewar, som bærer den egenutviklede infrarøde detektoren med ultrahøy følsomhet (CSIP) og noen optiske komponenter med lav temperatur; den hvite boksen viser det stemmegaffelbaserte atomkraftmikroskopet (AFM), det infrarøde innsamlingsobjektivet og prøvesceneområdet satt sammen i laboratoriet. Den romlige oppløsningen til IR-nærfeltbildet er ikke lenger begrenset av sondebølgelengden, men bestemt av sondespissens størrelse. Ved elektrokjemisk etsemetode kan metall (wolfram) nanoprober med utmerket morfologi fremstilles, der spissdiameteren kan være så liten som 100 nm eller mindre.
