Rastrovací optická mikroskopie v blízkém poli

Využití metod rastrovací mikroskopie je jednou z cest k překonání difrakčního limitu, který známe z klasické mikroskopie (maximální možné rozlišení je omezeno zruba polovinou vlnové délky světla). S využitím technik SPM je možné privést zdroj nebo detektor světla nanometrických rozměrů do těsné blízkosti povrchu a tím difrakční limit překonat.

Rastrovací optická mikroskopie v blízkém poli je patrně jednou z nejsložitějších SPM metod, nejen co se týče experimentálního hlediska (současné měření síly, pohyb sondy, excitace a zaznamenávání optického signálu), ale i z pohledu interpretace dat. Právě úskalí interpretace dat zabránily jejímu většímu rozšíření například v biologii, kde byla zpočátku považována za velmi slibnou experimentální metodu.

Z experimentálního hlediska rozlišujeme dva základní režimy rastrovací optické mikroskopie:

  • Při aperturním měření využíváme jako sondu optické vlákno s velmi malou aperturou, pohybující se v těsné blízkosti povrchu. Apertura je typicky 50-100 nm což je také rozlišení, kterého můžeme dosáhnout. Vlákno může být využito jak k osvětlování vzorku, tak ke sběru světla. Druhá část mikroskopu (sběr světla či osvětlování) je většinou řešena konvenční optikou, i když jsou známy i případy, kdy se vláknem osvětluje i sbírá současně. Pro detekci síly mezi vláknem a povrchem se v prvních zařízeních využíval laser, stejně jako je tomu v mikroskopii atomárních sil. Přítomnost dalšího laseru nicméně výrazně snižuje odstup optického signálu od šumu; v současných systémech se proto setkáváme téměř výhradně s detekcí na bázi útlumu vibrací systému sonda - piezoelektrický excitující element, kde excitujícím elementem bývá zpravidla ladička (např. z krystalu z hodinek).
  • Při bezaperturním měření používáme pokovenou AFM sondu, využíváme přitom lokálního zesílení elektrického pole v blízkosti špičky sondy. Sonda tvoří rozptylující centrum a detektorem ve vzdáleném poli snímáme lokální intenzitu světla. Pro potlačení vlivu světla rozptýleného na zbytku vzorku je často využívána synchronní detekce spojená s oscilací AFM sondy v ose z.

Geometrie bezaperturního měření, pro ilustraci je znázorněna vlnová délka světla v poměru k typické drsnosti povrchu a velikosti nanočástic.

Kvantitativní měření

I přes mnoho let vývoje je ke skutečně kvantitativnímu měření optických veličin v rámci rastrovací optické mikroskopie stále velmi daleko. Určitou cestou se zdá být využití polarizovaného světla ke konstrukci zařízení připomínajícího elipsometr, je však třeba říct, že ani interpretace dat z takového přístroje by nebyla jednoduchá. V rámci našeho výzkumu se snažíme provádět numerické výpočty šíření elektromagnetického pole v rastrovacím optickém mikroskopu, které by mohly přispět k lepšímu poznání jevů souvisejících s formováním obrazu v této speciální mikroskopické technice.


(c) CMI 2012

Novinky

Zveme vás na Seminář o metodách blízkého pole.

Snímek měsíce


Atomární schodky na Si

Kontakt

Oddělení primární nanometrologie a technické délky
Český metrologický institut
Okružní 31, 638 00 Brno
pklapetek(at)cmi.cz