Експериментални принципи на инфрачервената пасивна микроскопия в близко поле (SNoiM) и нейните приложения
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 или изтегляне на сондата, наречен режим на далечно поле). В крайна сметка информацията за близкото поле на обекта може да бъде извлечена от фона на далечното поле с помощта на техниките за модулация на височината на сондата и демодулация.
Сигналите в близко поле, разпръснати от сондата, първо се събират от инфрачервена леща на обектив с висока цифрова апертура. Въпреки това, излъчваните сигнали в далечно поле от околната среда, DUT и самият инструмент не могат да бъдат отменени в този процес и те се събират със сигналите в близко поле от инфрачервената леща на обектива, което води до слабите сигнали в близкото поле на DUT се анихилира от голямото фоново лъчение в далечното поле. За да се сведат до минимум фоновите сигнали в далечното поле, изследователите са проектирали конфокална бленда с много малка бленда (~100 μm) над инфрачервената леща на обектива, което намалява събирателното петно и ефективно потиска фоновите радиационни сигнали. Но дори и с това е трудно да се определи дали има достатъчно чувствителен инфрачервен детектор, който може да открие слабите сигнали в близкото поле, разпръснати от наносондите. За тази цел нашият екип разработи инфрачервен детектор със свръхвисока чувствителност, за да преодолее тази техническа бариера.
Сред тях златната цилиндрична кухина е криогенен Дюар, който носи самостоятелно разработен инфрачервен детектор с ултрависока чувствителност (CSIP) и някои нискотемпературни оптични компоненти; бялото поле показва атомно-силовия микроскоп (AFM), базиран на камертон, обектива за събиране на инфрачервени лъчи и зоната на пробата, сглобени в лабораторията. Пространствената разделителна способност на инфрачервеното изображение в близко поле вече не е ограничена от дължината на вълната на сондата, а се определя от размера на върха на сондата. Чрез метода на електрохимично ецване могат да бъдат получени метални (волфрамови) нанопроби с отлична морфология, при които диаметърът на върха може да бъде толкова малък, колкото 100 nm или по-малко.
