Nguyên lý thực nghiệm của kính hiển vi trường gần thụ động hồng ngoại (SNoiM) và ứng dụng của nó
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 >>Có thể thu được 100 nm hoặc rút đầu dò, gọi là chế độ trường xa). Cuối cùng, thông tin trường gần của đối tượng có thể được trích xuất từ nền trường xa bằng cách sử dụng kỹ thuật điều chế và giải điều chế độ cao đầu dò.
Các tín hiệu trường gần bị phân tán bởi đầu dò trước tiên được thu thập bằng thấu kính vật kính hồng ngoại có khẩu độ số cao. Tuy nhiên, các tín hiệu bức xạ trường xa từ môi trường, DUT và bản thân thiết bị không thể bị hủy trong quá trình này và chúng được thu thập cùng với các tín hiệu trường gần bằng vật kính hồng ngoại, dẫn đến tín hiệu trường gần yếu của DUT bị tiêu diệt bởi bức xạ nền trường xa lớn. Để giảm thiểu tín hiệu nền trường xa, các nhà nghiên cứu đã thiết kế khẩu độ đồng tiêu có khẩu độ rất nhỏ (~100 μm) phía trên thấu kính vật kính hồng ngoại, giúp giảm điểm thu thập và triệt tiêu tín hiệu bức xạ nền một cách hiệu quả. Tuy nhiên, ngay cả với điều này, rất khó để xác định liệu có máy dò hồng ngoại đủ nhạy để có thể phát hiện các tín hiệu trường gần yếu được phân tán bởi đầu dò nano hay không. Để đạt được mục tiêu này, nhóm của chúng tôi đã phát triển máy dò hồng ngoại có độ nhạy cực cao để vượt qua rào cản kỹ thuật này.
Trong số đó, khoang hình trụ vàng là Dewar đông lạnh, mang đầu dò hồng ngoại có độ nhạy cực cao (CSIP) tự phát triển và một số thành phần quang học nhiệt độ thấp; hộp màu trắng hiển thị kính hiển vi lực nguyên tử dựa trên nĩa điều chỉnh (AFM), vật kính thu thập tia hồng ngoại và khu vực bệ mẫu được lắp ráp trong phòng thí nghiệm. Độ phân giải không gian của hình ảnh trường gần IR không còn bị giới hạn bởi bước sóng đầu dò mà được xác định bởi kích thước đầu dò. Bằng phương pháp ăn mòn điện hóa, có thể chế tạo được đầu dò nano kim loại (vonfram) có hình thái tuyệt vời, trong đó đường kính đầu dò có thể nhỏ tới 100 nm hoặc nhỏ hơn.
