Experimentele principes van infrarood passieve nabijveldmicroscopie (SNoiM) en zijn toepassingen
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 of terugtrekken van de sonde, far-field-modus genoemd) kan worden verkregen. Uiteindelijk kan de nabije-veldinformatie van het object worden geëxtraheerd uit de verre-veldachtergrond met behulp van de sondehoogtemodulatie- en demodulatietechnieken.
De door de sonde verstrooide signalen in het nabije veld worden eerst opgevangen door een infrarood objectieflens met grote numerieke apertuur. De in het verre veld uitgestraalde signalen uit de omgeving, de DUT en het instrument zelf kunnen echter niet worden geannuleerd in dit proces, en worden samen met de signalen in het nabije veld verzameld door de infrarode objectieflens, wat resulteert in de zwakke signalen in het nabije veld van de DUT wordt vernietigd door de grote achtergrondstraling in het verre veld. Om de achtergrondsignalen in het verre veld te minimaliseren, ontwierpen de onderzoekers een confocale opening met een zeer kleine opening (~ 100 μm) boven de infrarood objectieflens, die de verzamelvlek verkleint en de achtergrondstralingssignalen effectief onderdrukt. Maar zelfs hiermee is het moeilijk te bepalen of er een infrarooddetector bestaat die gevoelig genoeg is om de zwakke nabije-veldsignalen te detecteren die door de nanosondes worden verstrooid. Daarom heeft ons team een ultragevoelige infrarooddetector ontwikkeld om deze technische barrière te overwinnen.
Onder hen is de gouden cilindrische holte een cryogene Dewar, die de zelfontwikkelde ultrahoge gevoeligheidsinfrarooddetector (CSIP) en enkele optische componenten bij lage temperatuur draagt; de witte doos toont de op een stemvork gebaseerde atomaire krachtmicroscoop (AFM), het infrarood verzamelobjectief en het monsterstadium dat in het laboratorium is samengesteld. De ruimtelijke resolutie van het IR-nabijveldbeeld wordt niet langer beperkt door de golflengte van de sonde, maar wordt bepaald door de grootte van de sondepunt. Door middel van een elektrochemische etsmethode kunnen metalen (wolfraam) nanosondes met uitstekende morfologie worden vervaardigd, waarbij de puntdiameter zo klein kan zijn als 100 nm of minder.
