Сканирующий оптический микроскоп ближнего поля зрения
-
История и развитие
- Эдвард Хатчинсон Синдж предложил идею прибора для визуализации в ближнем поле в 1928 году.
- Джон А. О’Киф разработал аналогичные теории в 1956 году.
- Эш и Николлс преодолели дифракционный предел Аббе в 1972 году.
- Дитер Поль подал заявку на патент в 1984 году.
- В 1986 году Льюис и др. сообщили о первых результатах сверхразрешения.
-
Теория и принципы
- Теория формирования изображения Аббе ограничивает разрешение оптической микроскопии.
- NSOM использует затухающие поля вблизи поверхности объекта.
- Детектор должен располагаться очень близко к образцу для получения высокого разрешения.
-
Режимы работы
- Существуют NSOM с отверстиями и без отверстий.
- Режим диафрагмы более популярен из-за простоты настройки.
- Зонд campanile и схемы с «активным наконечником» имеют свои преимущества.
- Гибридная конструкция зонда объединяет преимущества обоих режимов.
-
Механизмы обратной связи
- Используются для получения изображений с высоким разрешением.
- Обратная связь по постоянному усилию и обратная связь по сдвигающему усилию.
-
Контраст
- Методы контрастирования включают окрашивание, флуоресценцию, фазовый контраст и другие.
- Контраст может быть обеспечен изменением показателя преломления, отражательной способности и других свойств.
-
Контрольно-измерительные приборы и настройка
- Основные компоненты: источник света, механизм обратной связи, сканирующий наконечник, детектор и пьезоэлектрический блок.
- Сканирующий наконечник может быть оптическим волокном или АСМ-кантилевером.
- Используются стандартные оптические детекторы.
-
Спектроскопия ближнего поля
- Сбор информации осуществляется спектроскопическими методами.
- Методы включают комбинационный спектроскопический анализ и флуоресцентный спектроскопический анализ.
- Спектроскопия комбинационного рассеяния света с использованием наконечника (TERS) и флуоресцентный NSOM являются популярными методами.
-
Инфракрасная спектрометрия ближнего поля и диэлектрическая микроскопия ближнего поля
- Используют зонды ближнего поля для объединения субмикронной микроскопии с локализованной ИК-спектроскопией
- Метод nano-FTIR сочетает безапертурную NSOM с широкополосным освещением и детектированием FTIR
- Демонстрирует чувствительность к единичному молекулярному комплексу и наноразмерное разрешение до 10 нм
-
Технология нанофокусировки
- Создает нанометровый источник «белого» света на вершине наконечника
- Используется для освещения образца в ближнем поле для спектроскопического анализа
- Получены изображения межзонных оптических переходов в одностенных углеродных нанотрубках с пространственным разрешением около 6 нм
-
Артефакты в NSOM
- NSOM может быть уязвим для артефактов, не связанных с режимом контрастирования
- Наиболее распространенные причины артефактов: поломка наконечника, полосатый контраст, смещенный оптический контраст, локальная концентрация света, топографические артефакты
- В NSOM без отверстий многие артефакты устраняются или избегаются при правильном применении технологии
-
Ограничения NSOM
- Очень короткое рабочее расстояние и малая глубина резкости
- Ограничен поверхностными исследованиями, но может применяться для подповерхностных исследований
- Не подходит для изучения мягких материалов в режиме усилия сдвига и других контактных режимах
- Обеспечивает длительное время сканирования больших площадей образцов для получения изображений с высоким разрешением
- Преобладающая ориентация состояния поляризации запрашивающего света в ближней зоне сканирующего наконечника
- Металлические сканирующие наконечники ориентируют состояние поляризации перпендикулярно поверхности образца
-
Другие методы
- Анизотропная терагерцовая микроспектроскопия использует плоскостную поляриметрию для изучения физических свойств, недоступных NSOM
- Включает пространственную зависимость внутримолекулярных колебаний в анизотропных молекулах