Principis experimentals de la microscòpia infraroja passiva de camp proper (SNoiM) i les seves aplicacions
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 >>Es pot obtenir 100 nm o retirada de la sonda, anomenada mode de camp llunyà). En última instància, la informació de camp proper de l'objecte es pot extreure del fons de camp llunyà mitjançant les tècniques de modulació i demodulació de l'alçada de la sonda.
Els senyals de camp proper dispersos per la sonda es recullen primer per una lent d'objectiu infraroig d'obertura numèrica alta. Tanmateix, els senyals radiades de camp llunyà procedents de l'entorn, el DUT i el propi instrument no es poden cancel·lar en aquest procés, i es recullen amb els senyals de camp proper per la lent d'objectiu infraroja, donant lloc a senyals febles de camp proper de el DUT és aniquilat per la gran radiació de fons de camp llunyà. Per tal de minimitzar els senyals de fons de camp llunyà, els investigadors van dissenyar una obertura confocal amb una obertura molt petita (~ 100 μm) per sobre de la lent de l'objectiu infrarojo, que redueix el punt de recollida i suprimeix eficaçment els senyals de radiació de fons. Tanmateix, fins i tot amb això, és difícil determinar si hi ha un detector d'infrarojos prou sensible que pugui detectar els senyals febles de camp proper dispersos per les nanosondes. Amb aquesta finalitat, el nostre equip ha desenvolupat un detector d'infrarojos d'ultra alta sensibilitat per superar aquesta barrera tècnica.
Entre ells, la cavitat cilíndrica daurada és un Dewar criogènic, que porta el detector d'infrarojos d'ultra alta sensibilitat (CSIP) de desenvolupament propi i alguns components òptics de baixa temperatura; la caixa blanca mostra el microscopi de força atòmica (AFM) basat en el diapasó, l'objectiu de recollida d'infrarojos i l'àrea de l'etapa de la mostra muntada al laboratori. La resolució espacial de la imatge de camp proper IR ja no està limitada per la longitud d'ona de la sonda, sinó que està determinada per la mida de la punta de la sonda. Mitjançant el mètode de gravat electroquímic, es poden preparar nanosondes metàl·liques (tungstè) amb una morfologia excel·lent, en les quals el diàmetre de la punta pot ser tan petit com 100 nm o menys.
