Zasady eksperymentalne pasywnej mikroskopii bliskiego pola w podczerwieni (SNoiM) i jej zastosowania
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 lub wycofanie sondy, zwane trybem pola dalekiego). Ostatecznie informacje o obiekcie w polu bliskim można wyodrębnić z tła pola dalekiego za pomocą technik modulacji i demodulacji wysokości sondy.
Sygnały bliskiego pola rozproszone przez sondę są najpierw zbierane przez obiektyw na podczerwień o dużej aperturze numerycznej. Jednakże sygnały wypromieniowane w polu dalekim z otoczenia, badanego urządzenia i samego przyrządu nie mogą zostać w tym procesie wyeliminowane i są one zbierane wraz z sygnałami pola bliskiego przez obiektyw na podczerwień, co skutkuje słabymi sygnałami pola bliskiego DUT zostaje unicestwiony przez duże promieniowanie tła dalekiego pola. Aby zminimalizować sygnały tła dalekiego pola, badacze zaprojektowali aperturę konfokalną o bardzo małej aperturze (~100 μm) nad soczewką obiektywu podczerwieni, która zmniejsza miejsce zbierania i skutecznie tłumi sygnały promieniowania tła. Jednak nawet w tym przypadku trudno jest określić, czy istnieje wystarczająco czuły detektor podczerwieni, który będzie w stanie wykryć słabe sygnały bliskiego pola rozproszone przez nanosondy. W tym celu nasz zespół opracował detektor podczerwieni o ultrawysokiej czułości, aby pokonać tę barierę techniczną.
Wśród nich złota cylindryczna wnęka to kriogeniczny Dewar, w którym znajduje się opracowany przez nas detektor podczerwieni o ultrawysokiej czułości (CSIP) i niektóre niskotemperaturowe elementy optyczne; białe pudełko przedstawia mikroskop sił atomowych z kamertonem (AFM), obiektyw do zbierania próbek w podczerwieni i obszar stolika próbnego zmontowanego w laboratorium. Rozdzielczość przestrzenna obrazu bliskiego pola w podczerwieni nie jest już ograniczona długością fali sondy, ale zależy od rozmiaru końcówki sondy. Metodą trawienia elektrochemicznego można przygotować nanosondy metaliczne (wolframowe) o doskonałej morfologii, w których średnica końcówki może wynosić zaledwie 100 nm lub mniej.
