Principes expérimentaux de la microscopie infrarouge passive en champ proche (SNoiM) et ses applications
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 ou retrait de la sonde, appelé mode champ lointain) peuvent être obtenus. En fin de compte, les informations en champ proche de l'objet peuvent être extraites de l'arrière-plan en champ lointain à l'aide des techniques de modulation et de démodulation de la hauteur de la sonde.
Les signaux en champ proche diffusés par la sonde sont d'abord collectés par un objectif infrarouge à haute ouverture numérique. Cependant, les signaux rayonnés en champ lointain provenant de l'environnement, du DUT et de l'instrument lui-même ne peuvent pas être annulés dans ce processus, et ils sont collectés avec les signaux en champ proche par l'objectif infrarouge, ce qui entraîne de faibles signaux en champ proche de le DUT étant annihilé par l’important rayonnement de fond en champ lointain. Afin de minimiser les signaux de fond en champ lointain, les chercheurs ont conçu une ouverture confocale avec une très petite ouverture (~ 100 μm) au-dessus de l'objectif infrarouge, ce qui réduit le point de collecte et supprime efficacement les signaux de rayonnement de fond. Cependant, même avec cela, il est difficile de déterminer s’il existe un détecteur infrarouge suffisamment sensible pour détecter les faibles signaux en champ proche diffusés par les nanosondes. Pour cela, notre équipe a développé un détecteur infrarouge à ultra haute sensibilité pour surmonter cet obstacle technique.
Parmi eux, la cavité cylindrique dorée est un Dewar cryogénique, qui transporte le détecteur infrarouge à ultra-haute sensibilité (CSIP) développé par nous-mêmes et certains composants optiques à basse température ; l'encadré blanc montre le microscope à force atomique (AFM) basé sur un diapason, l'objectif de collecte infrarouge et la zone de platine d'échantillonnage assemblée en laboratoire. La résolution spatiale de l'image IR en champ proche n'est plus limitée par la longueur d'onde de la sonde, mais déterminée par la taille de la pointe de la sonde. Par la méthode de gravure électrochimique, des nanosondes métalliques (tungstène) présentant une excellente morphologie peuvent être préparées, dans lesquelles le diamètre de la pointe peut être aussi petit que 100 nm ou moins.
