Principios experimentales de la microscopía infrarroja pasiva de campo cercano (SNoiM) y sus aplicaciones.
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 retirada de la sonda, llamado modo de campo lejano). En última instancia, la información de campo cercano del objeto se puede extraer del fondo de campo lejano utilizando técnicas de modulación y demodulación de la altura de la sonda.
Las señales de campo cercano dispersadas por la sonda se recogen primero mediante una lente objetiva infrarroja de alta apertura numérica. Sin embargo, las señales radiadas de campo lejano del entorno, el dispositivo bajo prueba y el propio instrumento no se pueden cancelar en este proceso, y son recogidas con las señales de campo cercano por la lente del objetivo infrarrojo, lo que da como resultado señales débiles de campo cercano de el DUT es aniquilado por la gran radiación de fondo de campo lejano. Para minimizar las señales de fondo de campo lejano, los investigadores diseñaron una apertura confocal con una apertura muy pequeña (~100 μm) por encima de la lente del objetivo infrarrojo, lo que reduce el punto de recolección y suprime eficazmente las señales de radiación de fondo. Sin embargo, incluso con esto, es difícil determinar si existe un detector de infrarrojos lo suficientemente sensible como para detectar las débiles señales de campo cercano dispersadas por las nanosondas. Con este fin, nuestro equipo ha desarrollado un detector de infrarrojos de ultra alta sensibilidad para superar esta barrera técnica.
Entre ellos, la cavidad cilíndrica dorada es un Dewar criogénico, que lleva el detector infrarrojo de ultra alta sensibilidad (CSIP) de desarrollo propio y algunos componentes ópticos de baja temperatura; el cuadro blanco muestra el microscopio de fuerza atómica (AFM) basado en diapasón, el objetivo de recolección de infrarrojos y el área de la etapa de muestra ensamblada en el laboratorio. La resolución espacial de la imagen IR de campo cercano ya no está limitada por la longitud de onda de la sonda, sino que está determinada por el tamaño de la punta de la sonda. Mediante el método de grabado electroquímico, se pueden preparar nanosondas metálicas (tungsteno) con excelente morfología, en las que el diámetro de la punta puede ser tan pequeño como 100 nm o menos.
