Principi sperimentali della microscopia infrarossa passiva in campo vicino (SNoiM) e sue applicazioni
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 o ritiro della sonda, detta modalità campo lontano). In definitiva, le informazioni del campo vicino dell'oggetto possono essere estratte dallo sfondo del campo lontano utilizzando le tecniche di modulazione e demodulazione dell'altezza della sonda.
I segnali in campo vicino diffusi dalla sonda vengono prima raccolti da una lente obiettivo a infrarossi ad alta apertura numerica. Tuttavia, i segnali in campo lontano irradiati dall'ambiente, dal DUT e dallo strumento stesso non possono essere cancellati in questo processo e vengono raccolti insieme ai segnali in campo vicino dalla lente dell'obiettivo a infrarossi, risultando in deboli segnali in campo vicino di il DUT viene annientato dalla grande radiazione di fondo in campo lontano. Per ridurre al minimo i segnali di fondo del campo lontano, i ricercatori hanno progettato un’apertura confocale con un’apertura molto piccola (~100 μm) sopra la lente dell’obiettivo a infrarossi, che riduce il punto di raccolta e sopprime efficacemente i segnali di radiazione di fondo. Tuttavia, anche con questo, è difficile determinare se esiste un rilevatore a infrarossi sufficientemente sensibile da poter rilevare i deboli segnali di campo vicino diffusi dalle nanosonde. A tal fine, il nostro team ha sviluppato un rilevatore a infrarossi ad altissima sensibilità per superare questa barriera tecnica.
Tra questi, la cavità cilindrica dorata è un Dewar criogenico, che trasporta il rilevatore a infrarossi ad altissima sensibilità (CSIP) sviluppato internamente e alcuni componenti ottici a bassa temperatura; la casella bianca mostra il microscopio a forza atomica basato su diapason (AFM), l'obiettivo di raccolta degli infrarossi e l'area del palco del campione assemblato in laboratorio. La risoluzione spaziale dell'immagine IR in campo vicino non è più limitata dalla lunghezza d'onda della sonda, ma determinata dalla dimensione della punta della sonda. Con il metodo di attacco elettrochimico, è possibile preparare nanosonde metalliche (tungsteno) con morfologia eccellente, in cui il diametro della punta può essere fino a 100 nm o meno.
