Prinsip eksperimen mikroskopi medan dekat pasif inframerah (SNoiM) dan aplikasinya
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 atau pengeluaran probe, dipanggil mod medan jauh) boleh diperolehi. Akhirnya, maklumat medan dekat objek boleh diekstrak dari latar belakang medan jauh menggunakan teknik modulasi ketinggian probe dan penyahmodulasi.
Isyarat medan dekat yang bertaburan oleh probe mula-mula dikumpulkan oleh kanta objektif inframerah apertur berangka tinggi. Walau bagaimanapun, isyarat medan jauh yang dipancarkan dari persekitaran, DUT dan instrumen itu sendiri tidak boleh dibatalkan dalam proses ini, dan ia dikumpulkan dengan isyarat medan dekat oleh kanta objektif inframerah, mengakibatkan isyarat medan dekat yang lemah DUT dimusnahkan oleh sinaran latar belakang medan jauh yang besar. Untuk meminimumkan isyarat latar belakang medan jauh, penyelidik mereka bentuk apertur confocal dengan apertur yang sangat kecil (~100 μm) di atas kanta objektif inframerah, yang mengurangkan tempat pengumpulan dan menekan isyarat sinaran latar belakang dengan berkesan. Walau bagaimanapun, walaupun dengan ini, sukar untuk menentukan sama ada terdapat pengesan inframerah yang cukup sensitif yang boleh mengesan isyarat medan dekat yang lemah yang bertaburan oleh nanoprob. Untuk tujuan ini, pasukan kami telah membangunkan pengesan inframerah sensitiviti ultra tinggi untuk mengatasi halangan teknikal ini.
Antaranya, rongga silinder emas ialah Dewar kriogenik, yang membawa pengesan inframerah sensitiviti ultra tinggi (CSIP) yang dibangunkan sendiri dan beberapa komponen optik suhu rendah; kotak putih menunjukkan mikroskop daya atom (AFM) berasaskan garpu tala, objektif pengumpulan inframerah dan kawasan peringkat sampel yang dipasang di makmal. Resolusi spatial imej medan dekat IR tidak lagi terhad oleh panjang gelombang probe, tetapi ditentukan oleh saiz hujung probe. Dengan kaedah etsa elektrokimia, nanoprobes logam (tungsten) dengan morfologi yang sangat baik boleh disediakan, di mana diameter hujung boleh sekecil 100 nm atau kurang.
