Prinsip percobaan mikroskop medan dekat pasif inframerah (SNoiM) dan penerapannya
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 penarikan probe, disebut mode medan jauh) dapat diperoleh. Pada akhirnya, informasi medan dekat suatu objek dapat diekstraksi dari latar belakang medan jauh menggunakan teknik modulasi dan demodulasi ketinggian probe.
Sinyal medan dekat yang dihamburkan oleh probe pertama-tama dikumpulkan oleh lensa objektif inframerah dengan aperture numerik tinggi. Namun, sinyal radiasi medan jauh dari lingkungan, DUT, dan instrumen itu sendiri tidak dapat dibatalkan dalam proses ini, dan dikumpulkan dengan sinyal medan dekat oleh lensa objektif inframerah, sehingga menghasilkan sinyal medan dekat yang lemah. DUT dimusnahkan oleh radiasi latar medan jauh yang besar. Untuk meminimalkan sinyal latar belakang medan jauh, para peneliti merancang bukaan confocal dengan bukaan sangat kecil (~100 μm) di atas lensa objektif inframerah, yang mengurangi titik pengumpulan dan secara efektif menekan sinyal radiasi latar belakang. Namun, meskipun demikian, sulit untuk menentukan apakah terdapat detektor inframerah yang cukup sensitif yang dapat mendeteksi sinyal medan dekat lemah yang disebarkan oleh nanoprobe. Untuk mencapai tujuan ini, tim kami telah mengembangkan detektor inframerah dengan sensitivitas sangat tinggi untuk mengatasi hambatan teknis ini.
Diantaranya, rongga silinder emas adalah Dewar kriogenik, yang membawa detektor inframerah sensitivitas ultra-tinggi (CSIP) yang dikembangkan sendiri dan beberapa komponen optik suhu rendah; kotak putih menunjukkan mikroskop gaya atom (AFM) berbasis garpu tala, tujuan pengumpulan inframerah, dan area tahap sampel yang dirakit di laboratorium. Resolusi spasial citra jarak dekat IR tidak lagi dibatasi oleh panjang gelombang probe, namun ditentukan oleh ukuran ujung probe. Dengan metode etsa elektrokimia, nanoprobe logam (tungsten) dengan morfologi yang sangat baik dapat dibuat, dengan diameter ujungnya bisa sekecil 100 nm atau kurang.
