stringtranslate.com

Нано-FTIR

схемы нано-FTIR
Схематическое изображение нано-Фурье-ИК-системы с широкополосным инфракрасным источником.

Nano-FTIR ( наномасштабная инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье ) — это метод сканирующего зонда , который использует комбинацию двух методов: инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье (FTIR) и сканирующую ближнепольную оптическую микроскопию рассеивающего типа (s-SNOM). Как и s-SNOM, nano-FTIR основан на атомно-силовой микроскопии (AFM), где острый наконечник освещается внешним источником света, а рассеянный наконечником свет (обычно обратно рассеянный) обнаруживается как функция положения наконечника. Таким образом, типичная установка nano-FTIR состоит из атомно-силового микроскопа, широкополосного инфракрасного источника света, используемого для освещения наконечника, и интерферометра Майкельсона, действующего как спектрометр с преобразованием Фурье . В nano-FTIR предметный столик помещается в одно из плеч интерферометра, что позволяет регистрировать как амплитуду, так и фазу обнаруженного света (в отличие от обычного FTIR, который обычно не дает информации о фазе). Сканирование наконечника позволяет выполнять гиперспектральную визуализацию (т. е. полный спектр в каждом пикселе сканируемой области) с наномасштабным пространственным разрешением, определяемым размером вершины наконечника. Использование широкополосных инфракрасных источников позволяет получать непрерывные спектры, что является отличительной особенностью нано-FTIR по сравнению с s-SNOM. Нано-FTIR способен выполнять инфракрасную (ИК) спектроскопию материалов в сверхмалых количествах и с наномасштабным пространственным разрешением. [1] Было показано обнаружение одного молекулярного комплекса [2] и чувствительность к одному монослою [3] . Регистрация инфракрасных спектров как функции положения может использоваться для наномасштабного картирования химического состава образца, [4] [5] выполнения локальной сверхбыстрой ИК-спектроскопии [6] и анализа наномасштабного межмолекулярного взаимодействия, [7] среди прочего. Обычно достигается пространственное разрешение от 10 нм до 20 нм. [4]

химическая идентификация с помощью нано-FTIR
Химическая идентификация наномасштаба с помощью нано-ИКСФП: локальная спектроскопия, выполненная с помощью нано-ИКСФП, позволила провести химическую идентификацию наномасштабного загрязнителя – частицы полидиметилсилоксана (ПДМС), прилегающей к пленке полиметилметакрилата (ПММА). [4]

Для органических соединений , полимеров , биологических и других мягких веществ спектры нано-ИК-Фурье можно напрямую сравнивать со стандартными базами данных ИК-Фурье, что позволяет проводить простую химическую идентификацию и характеристику. [4]

Nano-FTIR не требует специальной подготовки образца и обычно выполняется в условиях окружающей среды. Он использует АСМ, работающий в бесконтактном режиме, который по своей сути неразрушающий и достаточно щадящий, чтобы подходить для исследований мягких веществ и биологических образцов. Nano-FTIR может использоваться от ТГц до видимого спектрального диапазона (а не только в инфракрасном , как следует из его названия) в зависимости от требований приложения и доступности широкополосных источников. Nano-FTIR дополняет спектроскопию Рамана с усилением наконечника (TERS), SNOM , AFM-IR и другие методы сканирующего зонда, которые способны выполнять вибрационный анализ .

Основные принципы

Принципы зондирования ближнего поля
Принципы зондирования в ближнем поле: образец анализируется посредством рассеяния от острого, освещенного снаружи зонда.

Nano-FTIR основан на s-SNOM, где инфракрасный луч от источника света фокусируется на остром, обычно металлизированном наконечнике АСМ, и обнаруживается обратное рассеяние. Наконечник значительно усиливает освещающий ИК-свет в наноскопическом объеме вокруг его вершины, создавая сильное ближнее поле. Образец, помещенный в это ближнее поле, взаимодействует с наконечником электромагнитно и изменяет (обратное) рассеяние наконечника в этом процессе. Таким образом, обнаруживая рассеяние наконечника, можно получить информацию об образце.

Nano-FTIR интерферометрически обнаруживает рассеянный кончиком свет. Образец столика помещается в одно плечо обычного интерферометра Майкельсона , а зеркало на пьезо столике помещается в другое, опорное плечо. Регистрация сигнала обратного рассеяния при перемещении опорного зеркала дает интерферограмму . Последующее преобразование Фурье этой интерферограммы возвращает спектры ближнего поля образца.

нано-FTIR и НПВО FTIR
Спектры поглощения нано-FTIR и спектры FTIR в дальней зоне (модальность НПВО), измеренные на одном и том же образце полимера, демонстрируют высокую степень соответствия.

Размещение предметного столика в одном из плеч интерферометра (а не за пределами интерферометра, как это обычно реализуется в обычном FTIR ) является ключевым элементом нано-FTIR. Это усиливает слабый сигнал ближнего поля из-за интерференции с сильным опорным полем, помогает устранить фон, вызванный паразитным рассеянием от всего, что попадает в большой фокус луча с ограничением дифракции, и, что самое важное, позволяет регистрировать как амплитудный s , так и фазовый φ спектры рассеянного на кончике излучения. [8] Благодаря обнаружению фазы нано-FTIR предоставляет полную информацию о ближних полях, что необходимо для количественных исследований и многих других приложений. Например, для образцов мягкого вещества (органика, полимеры, биоматериалы и т. д.) φ напрямую связано с поглощением в материале образца. [9] [10] Это позволяет проводить прямое сравнение спектров нано-FTIR с обычными спектрами поглощения материала образца, [4] тем самым обеспечивая простую спектроскопическую идентификацию в соответствии со стандартными базами данных FTIR.

История

Nano-FTIR был впервые описан в 2005 году в патенте Ocelic и Hillenbrand как Фурье-спектроскопия рассеянного на кончике света с асимметричным спектрометром (т. е. кончик/образец помещены внутрь одного из плеч интерферометра). [11] Первая реализация s-SNOM с FTIR была продемонстрирована в 2006 году в лаборатории F. Keilmann с использованием источника среднего инфракрасного диапазона на основе простой версии нелинейной генерации разностной частоты (DFG). [12] Однако спектры среднего ИК-диапазона в этой реализации были зарегистрированы с использованием принципов спектроскопии с двойной гребенкой, [13] [14] что дало дискретный набор частот и, таким образом, продемонстрировало метод мультигетеродинной визуализации, а не нано-FTIR. Первые непрерывные спектры были зарегистрированы только в 2009 году в той же лаборатории с использованием суперконтинуального ИК-луча, также полученного с помощью DFG в GaSe при наложении двух импульсных последовательностей, излучаемых волоконным лазером, легированным Er . [1] Этот источник в 2011 году позволил впервые оценить спектры SiC с разрешением в наномасштабе с превосходным качеством и спектральным разрешением. [15] В то же время Хут и др. [16] в лаборатории Р. Хилленбранда использовали ИК-излучение от простого источника Glowbar в сочетании с принципами спектроскопии с преобразованием Фурье для регистрации ИК-спектров p-легированного Si и его оксидов в полупроводниковом устройстве. В той же работе впервые был введен термин нано-FTIR. Однако недостаточная спектральная освещенность источников Glowbar ограничивала применимость этой техники для обнаружения сильно резонансных возбуждений, таких как фононы; [17] и ранние источники ИК-лазеров суперконтинуума, хотя и обеспечивали большую мощность, имели очень узкую полосу пропускания (<300 см −1 ). Дальнейшая попытка улучшить спектральную мощность, сохранив при этом большую полосу пропускания источника на основе светящегося стержня, была предпринята путем использования ИК-излучения от высокотемпературного аргонового дугового источника (также известного как плазменный источник). [18] [19] Однако из-за отсутствия коммерческой доступности и быстрого развития ИК-лазерных источников суперконтиниума плазменные источники не нашли широкого применения в нано-FTIR.

гиперспектральное нано-FTIR изображение
Гиперспектральное изображение смеси сополимеров, полученное с помощью нано-FTIR [20]

Прорыв в области нано-FTIR произошел после разработки мощных широкополосных лазерных источников среднего ИК-диапазона, которые обеспечивали большую спектральную облученность в достаточно большой полосе пропускания (мощность на уровне мВт в полосе пропускания ~1000 см-1) [21] [22] и позволяли проводить по-настоящему широкополосную спектроскопию материалов с наномасштабным разрешением, способную обнаруживать даже самые слабые колебательные резонансы. [4] [3] [2] [23] В частности, было показано, что нано-FTIR способен измерять молекулярные отпечатки пальцев, которые хорошо совпадают со спектрами FTIR в дальней зоне, благодаря асимметрии нано-FTIR-спектрометра, который обеспечивает фазу и, таким образом, дает доступ к молекулярному поглощению. [4] Недавно была продемонстрирована первая инфракрасная гиперспектральная визуализация сополимерной смеси с наномасштабным разрешением, что позволило применять статистические методы, такие как многомерный анализ — широко используемый инструмент для анализа гетерогенных образцов. [20]

Дополнительный толчок развитию нано-FTIR дало использование синхротронного излучения , которое обеспечивает экстремальную пропускную способность, но за счет более слабого ИК-спектрального излучения по сравнению с широкополосными лазерными источниками. [24] [25] [26] [27]

Коммерциализация

Нано-FTIR, интегрированный с s-SNOM (neaSNOM)
Нано-Фурье-ИК-спектроскопия, интегрированная с s-SNOM (neaSNOM), все три базовых компонента отмечены стрелками.

Технология nano-FTIR была коммерциализирована neaspec — немецкой компанией-отпочкователем Института биохимии Макса Планка, основанной Ocelic, Hillenbrand и Keilmann в 2007 году и основанной на оригинальном патенте Ocelic и Hillenbrand. [11] Модуль обнаружения, оптимизированный для широкополосных источников освещения, был впервые представлен в 2010 году как часть стандартной системы микроскопа neaSNOM. В то время широкополосные ИК-лазеры еще не были коммерчески доступны, однако экспериментальные широкополосные ИК-лазеры доказывают, что технология работает идеально и что она имеет огромный потенциал применения во многих дисциплинах. Первая nano-FTIR была коммерчески доступна в 2012 году (поставлялась с все еще экспериментальными широкополосными ИК-лазерными источниками), став первой коммерческой системой для широкополосной инфракрасной наноспектроскопии. В 2015 году neaspec разрабатывает и представляет Ultrafast nano-FTIR, коммерческую версию сверхбыстрой наноспектроскопии. Сверхбыстрый нано-FTIR — это готовое к использованию обновление для нано-FTIR, позволяющее использовать наноспектроскопию с зондированием и насосом с лучшим в своем классе пространственным разрешением. В том же году было объявлено о разработке cryo-neaSNOM — первой в своем роде системы, позволяющей получать наномасштабные изображения и спектроскопию в ближнем поле при криогенных температурах.

Расширенные возможности

Интеграция синхротронных пучков

Системы Nano-FTIR можно легко интегрировать в каналы синхротронного излучения . Использование синхротронного излучения позволяет получать весь спектр среднего инфракрасного диапазона одновременно. Синхротронное излучение уже использовалось в синхротронной инфракрасной микроскопии — методе, наиболее широко используемом в биологических науках, предоставляющем информацию о химии в микромасштабах практически всех биологических образцов, таких как кости, растения и другие биологические ткани. [28] Nano-FTIR обеспечивает пространственное разрешение до масштаба 10–20 нм (по сравнению с ~2–5 мкм в микроспектроскопии), что использовалось для широкополосной пространственно-разрешенной спектроскопии кристаллических [24] [25] и фазово-измененных [29] материалов, полупроводников, [27] минералов, [30] биоминералов и белков. [26]

Сверхбыстрая спектроскопия

Nano-FTIR отлично подходит для выполнения локальной сверхбыстрой спектроскопии зондирования-накачки благодаря интерферометрическому обнаружению и внутренней способности изменять время задержки зондирования. Он применялся для изучения сверхбыстрых наномасштабных плазмонных явлений в графене, [31] [32] для выполнения наноспектроскопии нанопроводов InAs с субцикловым разрешением [33] и для зондирования когерентной колебательной динамики наноскопических ансамблей. [6]

Количественные исследования

Наличие как амплитуды, так и фазы рассеянного поля и теоретически хорошо понятого формирования сигнала в нано-FTIR позволяет восстанавливать как действительную, так и мнимую части диэлектрической функции, т. е. находить показатель преломления и коэффициент экстинкции образца. [34] В то время как такое восстановление для образцов произвольной формы или образцов, демонстрирующих коллективные возбуждения, такие как фононы, требует ресурсоемкой численной оптимизации, для образцов мягкой материи (полимеры, биологическое вещество и другие органические материалы) восстановление диэлектрической функции часто может быть выполнено в реальном времени с использованием быстрых полуаналитических подходов. Один из таких подходов основан на разложении Тейлора рассеянного поля относительно малого параметра, который изолирует диэлектрические свойства образца и допускает полиномиальное представление измеренного контраста ближнего поля. При адекватной модели взаимодействия зонда и образца [35] и с известными параметрами измерения (например, амплитудой касания, порядком демодуляции, эталонным материалом и т. д.) диэлектрическая проницаемость образца может быть определена как решение простого полиномиального уравнения [36]

Анализ подземных вод

Методы ближнего поля, включая нано-FTIR, обычно рассматриваются как метод исследования поверхности из-за коротких диапазонов зондирования, около радиусов пары игл (~20-50 нм). Однако было продемонстрировано, что в пределах таких диапазонов зондирования s-SNOM способен обнаруживать подповерхностные особенности в некоторой степени, [37] [38] [39] [40], которые могут быть использованы для исследования образцов, покрытых тонкими защитными слоями, [41] или скрытыми полимерами, [42] [43] среди прочего.

Как прямое следствие количественной методики (т. е. способности высоковоспроизводимого обнаружения как амплитуды и фазы ближнего поля, так и хорошо понятых моделей взаимодействия ближнего поля), нано-FTIR также предоставляет средства для количественных исследований внутренней части образца (в пределах диапазона зондирования ближнего поля наконечника, конечно). Это часто достигается простым методом использования сигналов, записанных при нескольких порядках демодуляции, естественным образом возвращаемых нано-FTIR в процессе подавления фона. Было показано, что более высокие гармоники зондируют меньшие объемы под наконечником, таким образом кодируя объемную структуру образца. [44] Таким образом, нано-FTIR имеет продемонстрированную способность восстанавливать толщину и диэлектрическую проницаемость слоистых пленок и наноструктур, [44] что было использовано для наномасштабного глубинного профилирования многофазных материалов [45] и высокотемпературных купратных наноконстрикционных устройств, структурированных сфокусированными ионными пучками . [46] Другими словами, нано-FTIR обладает уникальной способностью восстанавливать ту же информацию о тонкопленочных образцах, которая обычно возвращается эллипсометрией или импедансной спектроскопией , но с наномасштабным пространственным разрешением. Эта способность оказалась решающей для распутывания различных поверхностных состояний в топологических изоляторах. [47]

Эксплуатация в жидкости

Nano-FTIR использует рассеянный ИК-свет для получения информации об образце и имеет потенциал для исследования электрохимических интерфейсов in-situ/operando и биологических (или других) образцов в их естественной среде, такой как вода. Возможность таких исследований уже была продемонстрирована путем получения спектров nano-FTIR через покрывающий слой графена поверх поддерживаемого материала или через графен, подвешенный на перфорированной мембране из нитрида кремния (с использованием той же платформы s-SNOM, которую использует nano-FTIR). [48] [49]

Криогенная среда

Раскрытие основ фазовых переходов в сверхпроводниках, коррелированных оксидах, конденсатах Бозе-Эйнштейна поверхностных поляритонов и т. д. требует спектроскопических исследований в характерных нанометровых масштабах длины и в криогенной среде. Нано-FTIR совместим с криогенным s-SNOM, который уже использовался для раскрытия нанотекстурированного сосуществования металла и коррелированных фаз изолятора Мотта в оксиде ванадия вблизи перехода металл-изолятор. [50]

Особая атмосфера окружающей среды

Nano-FTIR может работать в различных атмосферных условиях, заключая систему в изолированную камеру или перчаточный бокс. Такая операция уже использовалась для исследования высокореактивных компонентов литий-ионных аккумуляторов . [45]

Приложения

Nano-FTIR имеет множество применений, [51] включая полимеры и полимерные композиты, [4] органические пленки, [52] полупроводники, [16] [26] [27] [46] биологические исследования (клеточные мембраны, структура белков, исследования отдельных вирусов), [2] [26] [53] химию и катализ, [54] фотохимию, [55] минералы и биоминералы, [53] [26] [30] геохимию, [56] коррозию [57] и материаловедение, [5] [23] низкоразмерные материалы, [58] [32] фотонику, [59] [26] хранение энергии, [45] косметику, фармакологию и науки об окружающей среде. [60]

Материалы и химические науки

Нано-ИК-Фурье использовалась для наномасштабной спектроскопической химической идентификации полимеров [4] и нанокомпозитов [20] , для исследования структуры и кристалличности органических тонких пленок in situ [52] , для характеристики деформации и релаксации в кристаллических материалах [23] и для пространственного картирования каталитических реакций с высоким разрешением [54] и т. д.

Биологические и фармацевтические науки

Nano-FTIR использовался для исследования вторичной структуры белка, бактериальной мембраны, [26] обнаружения и изучения отдельных вирусов и белковых комплексов. [26] Он применялся для обнаружения биоминералов в костной ткани. [53] [26] Nano-FTIR в сочетании с терагерцовым светом также может применяться для визуализации рака и ожогов с высоким оптическим контрастом.

Полупроводниковая промышленность и исследования

Nano-FTIR использовался для наномасштабного профилирования свободных носителей и количественной оценки концентрации свободных носителей в полупроводниковых приборах [16] , для оценки повреждения ионным пучком в наноконстрикторных устройствах [46] и общей спектроскопической характеристики полупроводниковых материалов. [27]

Теория

Демодуляция высоких гармоник для подавления фона

Нано-FTIR интерферометрически обнаруживает свет, рассеянный от системы зонд-образец, . Мощность на детекторе можно записать как [61]

где опорное поле. Рассеянное поле можно записать как

и доминирует паразитное фоновое рассеяние, , от вала наконечника, шероховатости образца кантилевера и всего остального, что попадает в фокус луча, ограниченного дифракцией . Для извлечения сигнала ближнего поля, , возникающего из «горячей точки» под вершиной наконечника (которая несет наномасштабную информацию о свойствах образца), обеспечивается небольшая гармоническая модуляция высоты наконечника H (т. е. колебание наконечника) с частотой Ω , и сигнал детектора демодулируется на более высоких гармониках этой частоты n Ω с n=1,2,3,4,... Фон почти нечувствителен к небольшим изменениям высоты наконечника и почти устраняется для достаточно высоких порядков демодуляции (обычно ). Математически это можно показать, разложив и в ряд Фурье, что дает следующее (приближенное) выражение для демодулированного сигнала детектора:

где — комплексное число, полученное путем объединения амплитуды захвата , , и фазы, , сигналов, — n -й коэффициент Фурье вклада ближнего поля, а CC обозначает комплексно-сопряженные члены. — нулевой коэффициент Фурье фонового вклада, часто называемый мультипликативным фоном, поскольку он входит в сигнал детектора как произведение с . Его нельзя удалить только с помощью высокогармонической демодуляции. В нано-FTIR мультипликативный фон устраняется, как описано ниже.

Асимметричный ИК-Фурье спектрометр

Для получения спектра опорное зеркало непрерывно перемещается, записывая демодулированный сигнал детектора как функцию положения опорного зеркала , что дает интерферограмму . Таким образом, фаза опорного поля изменяется в соответствии с для каждого спектрального компонента опорного поля , и сигнал детектора может быть записан как [62]

где — опорное поле при нулевой задержке . Для получения спектра nano-FTIR интерферограмма преобразуется Фурье относительно . Второй член в приведенном выше уравнении не зависит от положения опорного зеркала и после преобразования Фурье вносит вклад только в сигнал постоянного тока. Таким образом, в полученном спектре остается только вклад ближнего поля, умноженный на опорное поле:

Таким образом, помимо обеспечения интерферометрического усиления, асимметричный интерферометр, используемый в нано-FTIR, также устраняет мультипликативный фон, который в противном случае мог бы стать источником различных артефактов и часто упускается из виду в других спектроскопиях на основе s-SNOM.

Нормализация

Следуя стандартной практике FTIR, спектры в nano-FTIR нормализуются по отношению к полученным на известном, предпочтительно спектрально-плоском эталонном материале. Это исключает в общем случае неизвестное эталонное поле и любые инструментальные функции, что дает спектры контраста ближнего поля:

Спектры контраста ближнего поля обычно являются комплексными, что отражает возможную задержку фазы рассеянного образцом поля относительно эталона. Спектры контраста ближнего поля зависят почти исключительно от диэлектрических свойств материала образца и могут быть использованы для его идентификации и характеристики.

Абсорбционная спектроскопия Nano-FTIR

Для описания контрастов ближнего поля для оптически тонких образцов, состоящих из полимеров, органических веществ, биологического вещества и других мягких веществ (так называемых слабых осцилляторов), сигнал ближнего поля в хорошем приближении можно выразить как: [36]

,

где — функция отклика поверхности, которая зависит от комплексной диэлектрической функции образца и может также рассматриваться как коэффициент отражения для затухающих волн, составляющих ближнее поле острия. То есть спектральная зависимость определяется исключительно коэффициентом отражения образца. Последний является чисто действительным и приобретает мнимую часть только в узких спектральных областях вокруг линий поглощения образца. Это означает, что спектр мнимой части контраста ближнего поля напоминает обычный спектр поглощения FTIR, , материала образца: [4] . Поэтому удобно определить поглощение nano-FTIR , которое напрямую связано со спектром поглощения образца:

Его можно использовать для прямой идентификации и характеристики образцов в соответствии со стандартными базами данных ИК-Фурье без необходимости моделирования взаимодействия зонда и образца.

Для фононных и плазмонных образцов вблизи соответствующих поверхностных резонансов отношение может не соблюдаться. В таких случаях простое отношение между и не может быть получено, требуя моделирования взаимодействия зонда с образцом для спектроскопической идентификации таких образцов. [40]

Аналитическое и численное моделирование

Значительные усилия были приложены к моделированию электрического поля nano-FTIR и сигнала комплексного рассеяния с помощью численных методов [63] (с использованием коммерческого фирменного программного обеспечения, такого как CST Microwave Studio, Lumerical FDTD и COMSOL Multiphysics ), а также с помощью аналитических моделей [64] (например, с помощью приближений конечного диполя и точечного диполя). Аналитическое моделирование, как правило, более упрощенное и неточное, в то время как численные методы более строгие, но вычислительно дорогие.

Ссылки

  1. ^ ab Amarie S, Ganz T, Keilmann F (ноябрь 2009 г.). "Спектроскопия ближнего поля в средней инфракрасной области". Optics Express . 17 (24): 21794–801. Bibcode : 2009OExpr..1721794A. doi : 10.1364/oe.17.021794 . PMID  19997423.
  2. ^ abc Amenabar I, Poly S, Nuansing W, Hubrich EH, Govyadinov AA, Huth F, et al. (2013-12-04). "Структурный анализ и картирование отдельных белковых комплексов с помощью инфракрасной наноспектроскопии". Nature Communications . 4 : 2890. Bibcode : 2013NatCo...4.2890A. doi : 10.1038/ncomms3890. PMC 3863900. PMID  24301518 . 
  3. ^ ab Xu XG, Rang M, Craig IM, Raschke MB (июль 2012 г.). «Расширение предела размера образца инфракрасной вибрационной наноспектроскопии: от монослоя к чувствительности к одной молекуле». The Journal of Physical Chemistry Letters . 3 (13): 1836–41. doi :10.1021/jz300463d. PMID  26291869.
  4. ^ abcdefghij Huth F, Govyadinov A, Amarie S, Nuansing W, Keilmann F, Hillenbrand R (август 2012 г.). "Абсорбционная спектроскопия молекулярных отпечатков пальцев с нано-Фурье-преобразованием при пространственном разрешении 20 нм". Nano Letters . 12 (8): 3973–8. Bibcode :2012NanoL..12.3973H. doi :10.1021/nl301159v. PMID  22703339.
  5. ^ ab Ugarte L, Santamaria-Echart A, Mastel S, Autore M, Hillenbrand R, Corcuera MA, Eceiza A (2017-01-01). «Альтернативный подход к включению нанокристаллов целлюлозы в гибкие полиуретановые пены на основе полиолов из возобновляемых источников». Industrial Crops and Products . 95 : 564–573. doi :10.1016/j.indcrop.2016.11.011. hdl : 10810/64521 .
  6. ^ ab Xu XG, Raschke MB (апрель 2013 г.). "Динамика колебаний в ближнем инфракрасном диапазоне и декогеренция, усиленная наконечником". Nano Letters . 13 (4): 1588–95. Bibcode : 2013NanoL..13.1588X. doi : 10.1021/nl304804p. PMID  23387347.
  7. ^ Pollard B, Muller EA, Hinrichs K, Raschke MB (апрель 2014 г.). "Вибрационная наноспектроскопическая визуализация, коррелирующая структуру с межмолекулярной связью и динамикой". Nature Communications . 5 : 3587. Bibcode :2014NatCo...5.3587P. doi :10.1038/ncomms4587. PMC 4071972 . PMID  24721995. 
  8. ^ Хут Ф (2015). Nano-FTIR - наномасштабная инфракрасная спектроскопия ближнего поля (доктор философии). Университет дель Паис Васко.
  9. ^ Таубнер Т., Хилленбранд Р., Кейлманн Ф. (2004-11-22). «Распознавание полимеров в наномасштабе по спектральной сигнатуре в рассеивающей инфракрасной микроскопии ближнего поля». Applied Physics Letters . 85 (21): 5064–5066. Bibcode : 2004ApPhL..85.5064T. doi : 10.1063/1.1827334. ISSN  0003-6951.
  10. ^ Carney PS, Deutsch B, Govyadinov AA, Hillenbrand R (январь 2012 г.). «Фаза в нанооптике». ACS Nano . 6 (1): 8–12. doi :10.1021/nn205008y. PMID  22214211.
  11. ^ ab патент WO 2007039210, Ненад Оселик и Райнер Хилленбранд, "Оптическое устройство для измерения модулированного сигнального света", опубликовано 2007-04-12 
  12. ^ Brehm M, Schliesser A, Keilmann F (ноябрь 2006 г.). «Спектроскопическая микроскопия ближнего поля с использованием частотных гребенок в среднем инфракрасном диапазоне». Optics Express . 14 (23): 11222–33. Bibcode : 2006OExpr..1411222B. doi : 10.1364/OE.14.011222 . PMID  19529536.
  13. ^ Keilmann F, Gohle C, Holzwarth R (июль 2004 г.). "Спектрометр с гребенчатой ​​частотной характеристикой в ​​средней инфракрасной области во временной области". Optics Letters . 29 (13): 1542–4. Bibcode :2004OptL...29.1542K. doi :10.1364/OL.29.001542. PMID  15259740.
  14. ^ Коддингтон I, Ньюбери N, Суонн W (2016-04-20). "Двойная гребенчатая спектроскопия". Optica . 3 (4): 414–426. Bibcode : 2016Optic...3..414C. doi : 10.1364/OPTICA.3.000414 . ISSN  2334-2536. PMC 8201420. PMID 34131580  . 
  15. ^ Амари С (01.01.2011). "Широкополосная инфракрасная оценка фононного резонанса в микроскопии ближнего поля рассеивающего типа". Physical Review B. 83 ( 4): 045404. Bibcode : 2011PhRvB..83d5404A. doi : 10.1103/PhysRevB.83.045404.
  16. ^ abc Huth F, Schnell M, Wittborn J, Ocelic N, Hillenbrand R (май 2011). «Инфракрасная спектроскопическая нановизуализация с тепловым источником». Nature Materials . 10 (5): 352–6. Bibcode :2011NatMa..10..352H. doi :10.1038/nmat3006. PMID  21499314.
  17. ^ Ishikawa M, Katsura M, Nakashima S, Ikemoto Y, Okamura H (май 2012). «Широкополосная ближнепольная среднеинфракрасная спектроскопия и ее применение к фононным резонансам в кварце». Optics Express . 20 (10): 11064–72. Bibcode : 2012OExpr..2011064I. doi : 10.1364/oe.20.011064 . PMID  22565729.
  18. ^ Huth F, Chuvilin A, Schnell M, Amenabar I, Krutokhvostov R, Lopatin S, Hillenbrand R (март 2013 г.). "Резонансные антенные зонды для инфракрасной микроскопии ближнего поля с усилением наконечником". Nano Letters . 13 (3): 1065–72. Bibcode :2013NanoL..13.1065H. doi :10.1021/nl304289g. PMID  23362918.
  19. ^ McIntosh AL, Wofford BA, Lucchese RR, Bevan JW (2001-12-01). "Высокоразрешающая инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье с использованием высокотемпературного источника аргоновой дуги". Infrared Physics & Technology . 42 (6): 509–514. Bibcode : 2001InPhT..42..509M. doi : 10.1016/S1350-4495(01)00113-X.
  20. ^ abc Amenabar I, Poly S, Goikoetxea M, Nuansing W, Lasch P, Hillenbrand R (февраль 2017 г.). "Гиперспектральная инфракрасная нановизуализация органических образцов на основе инфракрасной наноспектроскопии с преобразованием Фурье". Nature Communications . 8 : 14402. Bibcode :2017NatCo...814402A. doi :10.1038/ncomms14402. PMC 5316859 . PMID  28198384. 
  21. ^ Keilmann F, Amarie S (2012-04-17). "Mid-infrared Frequency Comb Spanning an Octave Based on an Er Fiber Laser and Difference-Frequency Generation". Журнал инфракрасных, миллиметровых и терагерцовых волн . 33 (5): 479–484. arXiv : 1202.5845 . Bibcode : 2012JIMTW..33..479K. doi : 10.1007/s10762-012-9894-x. ISSN  1866-6892. S2CID  25305889.
  22. ^ Hegenbarth R, Steinmann A, Mastel S, Amarie S, Huber AJ, Hillenbrand R, Sarkisov SY, Giessen H (2014). "Мощные фемтосекундные источники среднего ИК-диапазона для приложений s-SNOM". Journal of Optics . 16 (9): 094003. Bibcode :2014JOpt...16i4003H. doi :10.1088/2040-8978/16/9/094003. S2CID  49192831.
  23. ^ abc Bensmann S, Gaußmann F, Lewin M, Wüppen J, Nyga S, Janzen C и др. (сентябрь 2014 г.). «Ближнепольная визуализация и спектроскопия локально напряженного GaN с использованием широкополосного ИК-лазера». Optics Express . 22 (19): 22369–81. Bibcode : 2014OExpr..2222369B. doi : 10.1364/oe.22.022369 . PMID  25321708.
  24. ^ ab Hermann P, Hoehl A, Patoka P, Huth F, Rühl E, Ulm G (февраль 2013 г.). «Ближнепольная визуализация и инфракрасная спектроскопия с нанопреобразованием Фурье с использованием широкополосного синхротронного излучения». Optics Express . 21 (3): 2913–9. Bibcode : 2013OExpr..21.2913H. doi : 10.1364/oe.21.002913 . PMID  23481749.
  25. ^ ab Peragut F, Brubach JB, Roy P, De Wilde Y (2014). «Инфракрасная ближнепольная визуализация и спектроскопия на основе теплового или синхротронного излучения». Applied Physics Letters . 104 (25): 251118. Bibcode : 2014ApPhL.104y1118P. doi : 10.1063/1.4885416. ISSN  0003-6951.
  26. ^ abcdefghi Bechtel HA, Muller EA, Olmon RL, Martin MC, Raschke MB (май 2014 г.). «Сверхширокополосная инфракрасная наноспектроскопическая визуализация». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (20): 7191–6. Bibcode : 2014PNAS..111.7191B. doi : 10.1073/pnas.1400502111 . PMC 4034206. PMID  24803431. 
  27. ^ abcd Hermann P, Hoehl A, Ulrich G, Fleischmann C, Hermelink A, Kästner B и др. (июль 2014 г.). «Характеристика полупроводниковых материалов с использованием ближнепольной инфракрасной микроскопии на основе синхротронного излучения и нано-ИК-Фурье-спектроскопии». Optics Express . 22 (15): 17948–58. Bibcode : 2014OExpr..2217948H. doi : 10.1364/oe.22.017948 . PMID  25089414.
  28. ^ Marinkovic NS, Chance MR (2006-01-01). "Синхротронная инфракрасная микроспектроскопия". Обзоры по клеточной биологии и молекулярной медицине . Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. doi :10.1002/3527600906.mcb.200500021. ISBN 9783527600908.
  29. ^ Gilbert Corder SN, Chen X, Zhang S, Hu F, Zhang J, Luan Y и др. (декабрь 2017 г.). «Спектроскопическое исследование двухполосных метаматериалов с тяжелыми фермионами в ближнем поле». Nature Communications . 8 (1): 2262. Bibcode :2017NatCo...8.2262G. doi :10.1038/s41467-017-02378-3. PMC 5741627 . PMID  29273808. 
  30. ^ ab Hao Z, Bechtel HA, Kneafsey T, Gilbert B, Nico PS (февраль 2018 г.). "Кросс-масштабный молекулярный анализ химической гетерогенности в сланцевых породах". Scientific Reports . 8 (1): 2552. Bibcode :2018NatSR...8.2552H. doi :10.1038/s41598-018-20365-6. PMC 5803189 . PMID  29416052. 
  31. ^ Wagner M, Fei Z, McLeod AS, Rodin AS, Bao W, Iwinski EG и др. (февраль 2014 г.). «Сверхбыстрые и наномасштабные плазмонные явления в расслоенном графене, выявленные с помощью инфракрасной наноскопии с зондированием». Nano Letters . 14 (2): 894–900. arXiv : 1402.6003 . Bibcode :2014NanoL..14..894W. doi :10.1021/nl4042577. PMID  24479682. S2CID  19561017.
  32. ^ ab Ni GX, Wang L, Goldflam MD, Wagner M, Fei Z, McLeod AS и др. (2016). «Сверхбыстрое оптическое переключение инфракрасных плазмонных поляритонов в высокомобильном графене». Nature Photonics . 10 (4): 244–247. Bibcode :2016NaPho..10..244N. doi :10.1038/nphoton.2016.45. S2CID  4278267.
  33. ^ Eisele M, Cocker TL, Huber MA, Plankl M, Viti L, Ercolani D и др. (2014). «Сверхбыстрая мультитерагерцовая наноспектроскопия с субцикловым временным разрешением». Nature Photonics . 8 (11): 841–845. arXiv : 1604.04304 . Bibcode :2014NaPho...8..841E. doi :10.1038/nphoton.2014.225. S2CID  119285417.
  34. ^ Tranca DE, Stanciu SG, Hristu R, Stoichita C, Tofail SA, Stanciu GA (июль 2015 г.). "Высокоразрешающее количественное определение диэлектрической функции с использованием сканирующей оптической микроскопии ближнего поля рассеяния". Scientific Reports . 5 : 11876. Bibcode :2015NatSR...511876T. doi :10.1038/srep11876. PMC 5155613 . PMID  26138665. 
  35. ^ Cvitkovic A, Ocelic N, Hillenbrand R (июль 2007 г.). «Аналитическая модель для количественного прогнозирования материальных контрастов в оптической микроскопии ближнего поля рассеивающего типа». Optics Express . 15 (14): 8550–65. Bibcode : 2007OExpr..15.8550C. doi : 10.1364/oe.15.008550 . PMID  19547189.
  36. ^ ab Govyadinov AA, Amenabar I, Huth F, Carney PS, Hillenbrand R (май 2013 г.). «Количественное измерение локального инфракрасного поглощения и диэлектрической функции с помощью микроскопии ближнего поля с усилением наконечником». The Journal of Physical Chemistry Letters . 4 (9): 1526–31. CiteSeerX 10.1.1.666.8910 . doi :10.1021/jz400453r. PMID  26282309. 
  37. ^ Таубнер Т., Кейлманн Ф., Хилленбранд Р. (октябрь 2005 г.). «Визуализация подповерхностных структур с наномасштабным разрешением с помощью оптической микроскопии ближнего поля с рассеиванием». Optics Express . 13 (22): 8893–9. Bibcode : 2005OExpr..13.8893T. doi : 10.1364/opex.13.008893 . PMID  19498922.
  38. ^ Юнг Л., Хауэр Б., Ли П., Борнхёффт М., Майер Дж., Таубнер Т. (март 2016 г.). «Изучение пределов обнаружения инфракрасной микроскопии ближнего поля в отношении малых скрытых структур и их расширение путем использования эффектов, связанных с суперлинзами» (PDF) . Optics Express . 24 (5): 4431–4441. Bibcode :2016OExpr..24.4431J. doi : 10.1364/oe.24.004431 . PMID  29092272.
  39. ^ Крутохвостов Р., Говядинов А.А., Стиглер Дж.М., Хут Ф., Чувилин А., Карни П.С., Хилленбранд Р. (январь 2012 г.). «Повышенное разрешение в оптической микроскопии ближнего поля под поверхностью». Optics Express . 20 (1): 593–600. Bibcode : 2012OExpr..20..593K. doi : 10.1364/oe.20.000593 . PMID  22274381.
  40. ^ ab Zhang LM (2012-01-01). "Спектроскопия ближнего поля тонких пленок диоксида кремния". Physical Review B. 85 ( 7): 075419. arXiv : 1110.4927 . Bibcode : 2012PhRvB..85g5419Z. doi : 10.1103/PhysRevB.85.075419. S2CID  37170378.
  41. ^ Lewin M, Hauer B, Bornhöfft M, Jung L, Benke J, Michel AK и др. (2015-10-12). «Визуализация материалов с фазовым переходом под покровным слоем с использованием корреляционной инфракрасной микроскопии ближнего поля и электронной микроскопии». Applied Physics Letters . 107 (15): 151902. Bibcode : 2015ApPhL.107o1902L. doi : 10.1063/1.4933102. ISSN  0003-6951.
  42. ^ Ho K, Kim KS, Gilburd L, Mirzoyan R, de Beer S, Walker GC (2019-05-10). «Наномасштабная подповерхностная морфология в тонких пленках блок-сополимеров, выявленная с помощью комбинированной ближнепольной инфракрасной микроскопии и механического картирования». ACS Applied Polymer Materials . 1 (5): 933–938. doi :10.1021/acsapm.9b00189. S2CID  146790787.
  43. ^ Mester L, Govyadinov AA, Chen S, Goikoetxea M, Hillenbrand R (июль 2020 г.). "Подповерхностная химическая наноидентификация с помощью нано-ИК-Фурье-спектроскопии". Nature Communications . 11 (1): 3359. Bibcode :2020NatCo..11.3359M. doi :10.1038/s41467-020-17034-6. PMC 7335173 . PMID  32620874. 
  44. ^ ab Говядинов AA, Мастель С, Гольмар Ф, Чувилин А, Карни PS, Хилленбранд Р (июль 2014 г.). «Восстановление диэлектрической проницаемости и глубины из данных ближнего поля как шаг к инфракрасной нанотомографии». ACS Nano . 8 (7): 6911–21. doi :10.1021/nn5016314. hdl : 11336/33709 . PMID  24897380.
  45. ^ abc Lucas IT, McLeod AS, Syzdek JS, Middlemiss DS, Grey CP, Basov DN, Kostecki R (январь 2015 г.). "ИК-спектроскопия ближнего поля и визуализация отдельных микрокристаллов Li(x)FePO4". Nano Letters . 15 (1): 1–7. Bibcode :2015NanoL..15....1L. doi :10.1021/nl5010898. PMID  25375874.
  46. ^ abc Gozar A, Litombe NE, Hoffman JE, Božović I (март 2017 г.). «Оптическая наноскопия устройств наноконстрикции High T c Cuprate, сформированных пучками ионов гелия». Nano Letters . 17 (3): 1582–1586. arXiv : 1703.02101 . Bibcode : 2017NanoL..17.1582G. doi : 10.1021/acs.nanolett.6b04729. PMID  28166407. S2CID  206737748.
  47. ^ Mooshammer F, Sandner F, Huber MA, Zizlsperger M, Weigand H, Plankl M и др. (декабрь 2018 г.). «Nanoscale Near-Field Tomography of Surface States on (Bi0.5Sb0.5)2Te3» (PDF) . Nano Letters . 18 (12): 7515–7523. Bibcode :2018NanoL..18.7515M. doi :10.1021/acs.nanolett.8b03008. PMID  30419748. S2CID  53292498.
  48. ^ Хатиб О, Вуд Дж. Д., Маклеод А. С., Голдфлам М. Д., Вагнер М., Дамхорст Г. Л. и др. (август 2015 г.). «Платформа на основе графена для инфракрасной ближнепольной наноспектроскопии воды и биологических материалов в водной среде». ACS Nano . 9 (8): 7968–75. arXiv : 1509.01743 . doi :10.1021/acsnano.5b01184. PMID  26223158. S2CID  30158736.
  49. ^ Lu YH, Larson JM, Baskin A, Zhao X, Ashby PD, Prendergast D и др. (август 2019 г.). «Инфракрасная наноспектроскопия на границе раздела графен-электролит». Nano Letters . 19 (8): 5388–5393. Bibcode : 2019NanoL..19.5388L. doi : 10.1021/acs.nanolett.9b01897. OSTI  1580901. PMID  31306028. S2CID  196812291.
  50. ^ McLeod AS, Van Heumen E, Ramirez JG, Wang S, Saerbeck T, Guenon S и др. (2017). «Нанотекстурированное фазовое сосуществование в коррелированном изоляторе V2O3». Nature Physics . 13 (1): 80–86. Bibcode :2017NatPh..13...80M. doi :10.1038/nphys3882.
  51. ^ Muller EA, Pollard B, Raschke MB (апрель 2015 г.). «Инфракрасная химическая нановизуализация: доступ к структуре, сопряжению и динамике в масштабах молекулярной длины». The Journal of Physical Chemistry Letters . 6 (7): 1275–84. doi :10.1021/acs.jpclett.5b00108. PMID  26262987.
  52. ^ ab Westermeier C, Cernescu A, Amarie S, Liewald C, Keilmann F, Nickel B (июнь 2014 г.). "Сосуществование субмикронных фаз в тонких органических пленках с малыми молекулами, выявленное с помощью инфракрасной нановизуализации". Nature Communications . 5 : 4101. Bibcode :2014NatCo...5.4101W. doi :10.1038/ncomms5101. PMC 4082641 . PMID  24916130. 
  53. ^ abc Amarie S, Zaslansky P, Kajihara Y, Griesshaber E, Schmahl WW, Keilmann F (2012-04-05). "Химическое картирование минералов в биологических материалах с помощью нано-FTIR". Beilstein Journal of Nanotechnology . 3 (1): 312–23. doi :10.3762/bjnano.3.35. PMC 3343267. PMID  22563528 . 
  54. ^ ab Wu CY, Wolf WJ, Levartovsky Y, Bechtel HA, Martin MC, Toste FD, Gross E (январь 2017 г.). «Высокопространственное картирование каталитических реакций на отдельных частицах». Nature . 541 (7638): 511–515. Bibcode :2017Natur.541..511W. doi :10.1038/nature20795. OSTI  1439214. PMID  28068671. S2CID  4452069.
  55. ^ Chen W, Qing G, Sun T (декабрь 2016 г.). «Новое усиление эмиссии, вызванное агрегацией, вызванное сборкой хирального гелеобразователя: от неэмиссионных нановолокон к эмиссионным микропетлям». Chemical Communications . 53 (2): 447–450. doi :10.1039/c6cc08808b. PMID  27966702.
  56. ^ Домингес Г., Маклеод А.С., Гейнсфорт З., Келли П., Бехтель Х.А., Кейлманн Ф. и др. (декабрь 2014 г.). «Наномасштабная инфракрасная спектроскопия как неразрушающий зонд внеземных образцов». Nature Communications . 5 : 5445. Bibcode : 2014NatCo...5.5445D. doi : 10.1038/ncomms6445 . PMID  25487365.
  57. ^ Джонсон CM, Бёмлер M (2016-07-01). «Исследования атмосферной коррозии с помощью нано-FTIR-микроскопии и спектроскопии с пространственным разрешением 20 нм». Corrosion Science . 108 : 60–65. doi :10.1016/j.corsci.2016.02.037.
  58. ^ Дай С., Фей З., Ма К., Родин А.С., Вагнер М., МакЛеод А.С. и др. (март 2014 г.). «Перестраиваемые фононные поляритоны в атомарно тонких кристаллах Ван-дер-Ваальса нитрида бора». Наука . 343 (6175): 1125–9. Бибкод : 2014Sci...343.1125D. дои : 10.1126/science.1246833. hdl : 1721.1/90317 . PMID  24604197. S2CID  4253950.
  59. ^ Li P, Lewin M, Kretinin AV, Caldwell JD, Novoselov KS, Taniguchi T, et al. (Июнь 2015). "Гиперболические фонон-поляритоны в нитриде бора для оптической визуализации и фокусировки в ближнем поле". Nature Communications . 6 : 7507. arXiv : 1502.04093 . Bibcode :2015NatCo...6.7507L. doi :10.1038/ncomms8507. PMC 4491815 . PMID  26112474. 
  60. ^ Плетикапич Г, Ивошевич ДеНардис Н (2017-01-06). «Применение методов поверхностного анализа для опасной ситуации в Адриатическом море: мониторинг динамики органических веществ и загрязнения нефтью» (PDF) . Nat. Hazards Earth Syst. Sci . 17 (1): 31–44. Bibcode :2017NHESS..17...31P. doi : 10.5194/nhess-17-31-2017 . ISSN  1684-9981.
  61. ^ Ocelic N, Huber A, Hillenbrand R (2006-09-04). "Псевдогетеродинное обнаружение для спектроскопии ближнего поля без фона". Applied Physics Letters . 89 (10): 101124. Bibcode : 2006ApPhL..89j1124O. doi : 10.1063/1.2348781. ISSN  0003-6951.
  62. ^ Хут Ф (2015). Nano-FTIR - наномасштабная инфракрасная спектроскопия ближнего поля (доктор философии). Университет дель Паис Васко.
  63. ^ Chen X, Lo CF, Zheng W, Hu H, Dai Q, Liu M (2017-11-27). "Строгое численное моделирование сканирующей оптической микроскопии и спектроскопии ближнего поля рассеивающего типа". Applied Physics Letters . 111 (22): 223110. Bibcode : 2017ApPhL.111v3110C. doi : 10.1063/1.5008663. ISSN  0003-6951.
  64. ^ Cvitkovic A, Ocelic N, Hillenbrand R (июль 2007 г.). «Аналитическая модель для количественного прогнозирования материальных контрастов в оптической микроскопии ближнего поля рассеивающего типа». Optics Express . 15 (14): 8550–65. Bibcode : 2007OExpr..15.8550C. doi : 10.1364/oe.15.008550 . PMID  19547189.

Внешние ссылки