Princípios experimentais da microscopia passiva infravermelha de campo próximo (SNoiM) e suas aplicações
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 ou retirada da sonda, chamado modo de campo distante) pode ser obtido. Em última análise, as informações de campo próximo do objeto podem ser extraídas do fundo de campo distante usando técnicas de modulação e demodulação de altura de sonda.
Os sinais de campo próximo espalhados pela sonda são primeiro coletados por uma lente objetiva infravermelha de alta abertura numérica. No entanto, os sinais irradiados de campo distante do ambiente, do DUT e do próprio instrumento não podem ser cancelados neste processo, e são coletados com os sinais de campo próximo pela lente objetiva infravermelha, resultando em sinais fracos de campo próximo de o DUT sendo aniquilado pela grande radiação de fundo de campo distante. Para minimizar os sinais de fundo de campo distante, os pesquisadores projetaram uma abertura confocal com uma abertura muito pequena (~100 μm) acima da lente objetiva infravermelha, o que reduz o ponto de coleta e suprime efetivamente os sinais de radiação de fundo. No entanto, mesmo com isso, é difícil determinar se existe um detector infravermelho sensível o suficiente que possa detectar os sinais fracos de campo próximo espalhados pelas nanossondas. Para isso, nossa equipe desenvolveu um detector infravermelho de ultra-alta sensibilidade para superar essa barreira técnica.
Entre eles, a cavidade cilíndrica dourada é um Dewar criogênico, que carrega o detector infravermelho de ultra-alta sensibilidade (CSIP) desenvolvido pela própria empresa e alguns componentes ópticos de baixa temperatura; a caixa branca mostra o microscópio de força atômica (AFM) baseado em diapasão, a objetiva de coleta infravermelha e a área do estágio de amostra montada no laboratório. A resolução espacial da imagem IR de campo próximo não é mais limitada pelo comprimento de onda da sonda, mas determinada pelo tamanho da ponta da sonda. Pelo método de gravação eletroquímica, podem ser preparadas nanossondas de metal (tungstênio) com excelente morfologia, nas quais o diâmetro da ponta pode ser tão pequeno quanto 100 nm ou menos.
