اصول تجربی میکروسکوپ میدان نزدیک غیرفعال مادون قرمز (SNoiM) و کاربردهای آن
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 نانومتر یا خروج کاوشگر که حالت میدان دور نامیده می شود) را می توان بدست آورد. در نهایت، اطلاعات میدان نزدیک جسم را میتوان از پسزمینه میدان دور با استفاده از مدولاسیون ارتفاع پروب و تکنیکهای دمدولاسیون استخراج کرد.
سیگنال های میدان نزدیک پراکنده شده توسط کاوشگر ابتدا توسط یک لنز شیئی مادون قرمز با دیافراگم عددی بالا جمع آوری می شوند. با این حال، سیگنالهای تابشی میدان دور از محیط، DUT و خود ابزار را نمیتوان در این فرآیند لغو کرد و با سیگنالهای میدان نزدیک توسط لنز شیئی فروسرخ جمعآوری میشوند و در نتیجه سیگنالهای میدان نزدیک ضعیف ضعیف میشوند. DUT توسط تابش زمینه میدان دور بزرگ نابود می شود. به منظور به حداقل رساندن سیگنالهای پسزمینه میدان دور، محققان یک دیافراگم کانفوکال با دیافراگم بسیار کوچک (~ 100 میکرومتر) بالای لنز شیئی مادون قرمز طراحی کردند که نقطه جمعآوری را کاهش میدهد و به طور موثر سیگنالهای تابش پسزمینه را سرکوب میکند. با این حال، حتی با وجود این، تعیین اینکه آیا یک آشکارساز مادون قرمز به اندازه کافی حساس وجود دارد که بتواند سیگنال های ضعیف میدان نزدیک پراکنده شده توسط نانوکاوشگرها را تشخیص دهد، دشوار است. برای این منظور، تیم ما یک آشکارساز مادون قرمز با حساسیت فوق العاده بالا برای غلبه بر این مانع فنی ایجاد کرده است.
در میان آنها، حفره استوانه ای طلایی یک Dewar برودتی است که حامل آشکارساز مادون قرمز با حساسیت فوق العاده بالا (CSIP) و برخی از اجزای نوری با دمای پایین است. جعبه سفید میکروسکوپ نیروی اتمی مبتنی بر چنگال تنظیم (AFM)، هدف مجموعه مادون قرمز و منطقه مرحله نمونه مونتاژ شده در آزمایشگاه را نشان می دهد. وضوح فضایی تصویر میدان نزدیک IR دیگر توسط طول موج پروب محدود نمی شود، بلکه توسط اندازه نوک پروب تعیین می شود. با روش اچینگ الکتروشیمیایی، می توان نانوپروب های فلزی (تنگستن) با مورفولوژی عالی تهیه کرد که قطر نوک آن می تواند به کوچکی 100 نانومتر یا کمتر باشد.
