eng
Выпуск #6/2015
T.Диинг, У.Шмидт, С.Бройнингер
Ближнепольная рамановская спектроскопия: преодоление дифракционного предела
Ближнепольная рамановская спектроскопия: преодоление дифракционного предела
Просмотры: 4526
Для получения информации о рамановских спектрах с разрешением ниже дифракционного предела оптимальны микроскопы, объединяющие преимущества различных технологий измерения.
DOI:10.22184/1993-8578.2015.60.6.30.33
DOI:10.22184/1993-8578.2015.60.6.30.33
Теги: diffraction limit nearfield microscopy raman spectroscopy ближнепольная микроскопия дифракционный предел рамановская спектроскопия
Ближнепольная рамановская спектроскопия – комбинированный метод, который обеспечивает связь информации о рамановских спектрах с изображениями высокого разрешения, полученными с помощью сканирующей ближнепольной оптической микроскопии (СБОМ). Как правило, возможно сканирование с разрешением менее 100 нм. Уникальная комбинация высокоскоростного спектрометра с зондовой СБОМ-системой позволяет получать за один цикл измерений высококачественные изображения, содержащие спектральную информацию.
Принцип реализации ближнепольной рамановской спектроскопии
При измерениях лазерный луч фокусируется СБОМ-зондом в "ближнем поле" (переменном поле затухающих колебаний) на противоположной стороне диафрагмы (рис.2). По мере перемещения образца пьезоприводом выполняется последовательное сканирование с одновременной регистрацией спектральной информации и получением гиперспектрального изображения. Оптическое разрешение сканирования определяется диаметром апертуры (менее 100 нм). Поддержание отклонения луча постоянным, подобно контактному режиму АСМ, обеспечивает стабильный контакт зонда с поверхностью образца. Таким образом, одновременно с ближнепольным рамановским сканированием регистрируется информация о геометрии поверхности.
Эксперимент
В качестве примера применения ближнепольной рамановской спектроскопии рассмотрим измерения чешуек, образовавшихся при расслоении графита (рис.3).
На рис.4 представлена рамановская спектрограмма в одной точке образца, полученная при сканировании СБОМ-зондом со временем интегрирования 5 с на спектр. По линии сканирования, обозначенной на рис.5a красным, анализировалась интегральная интенсивность рамановских лучей в G-диапазоне (около 1600 см-1). Размеры графитовых чешуек могут быть определены по интенсивности сигнала на спектрограмме. Линия длиной 20 мкм сканировалась в 400 точках со временем интегрирования 1 с на спектр (рис.5b). Анализ участков спектрограммы, соответствующих краям графеновой чешуйки, позволяет выявить точки сканирования и подтвердить, что разрешение составляло менее 100 нм (рис.5c).
На рис.6a показана полученная в ходе измерений топограмма образца расслоенного графита. На рис.6b представлена профилограмма вдоль синей линии, свидетельствующая о высоте чешуйки около 10 нм и малых размерах образца.
На рис.7a приведено изображение участка образца, полученное методом ближнепольной рамановской спектроскопии (область сканирования та же, что и на рис.3). Ввиду высокой чувствительности измерительной системы, для получения изображения было достаточно мощности лазерного излучения 5 мкВт при диаметре пятна менее 100 нм. В каждой точке сканирования регистрация рамановского спектра длилась 0,53 с. Размер области сканирования составил 5,0 Ч 1,7 мкм, размер полученного изображения – 100 Ч 35 пикселов. Рамановская спектрограмма в G-диапазоне (рис.7b), измеренная вдоль красной линии, показывает разницу между образцом и подложкой.
Заключение
Разработанная компанией WITec технология ближнепольной рамановской спектроскопии позволяет получать рамановские изображения с оптическим разрешением менее дифракционного предела. Благодаря этому возможно с высочайшей точностью анализировать распределение химических и молекулярных компонентов. Технология характеризуется сочетанием высокой чувствительности, простоты использования и надежности зондовых СБОМ-систем, может быть реализована в одном приборе и предназначена для исследований, требующих комплексного анализа образцов.
Принцип реализации ближнепольной рамановской спектроскопии
При измерениях лазерный луч фокусируется СБОМ-зондом в "ближнем поле" (переменном поле затухающих колебаний) на противоположной стороне диафрагмы (рис.2). По мере перемещения образца пьезоприводом выполняется последовательное сканирование с одновременной регистрацией спектральной информации и получением гиперспектрального изображения. Оптическое разрешение сканирования определяется диаметром апертуры (менее 100 нм). Поддержание отклонения луча постоянным, подобно контактному режиму АСМ, обеспечивает стабильный контакт зонда с поверхностью образца. Таким образом, одновременно с ближнепольным рамановским сканированием регистрируется информация о геометрии поверхности.
Эксперимент
В качестве примера применения ближнепольной рамановской спектроскопии рассмотрим измерения чешуек, образовавшихся при расслоении графита (рис.3).
На рис.4 представлена рамановская спектрограмма в одной точке образца, полученная при сканировании СБОМ-зондом со временем интегрирования 5 с на спектр. По линии сканирования, обозначенной на рис.5a красным, анализировалась интегральная интенсивность рамановских лучей в G-диапазоне (около 1600 см-1). Размеры графитовых чешуек могут быть определены по интенсивности сигнала на спектрограмме. Линия длиной 20 мкм сканировалась в 400 точках со временем интегрирования 1 с на спектр (рис.5b). Анализ участков спектрограммы, соответствующих краям графеновой чешуйки, позволяет выявить точки сканирования и подтвердить, что разрешение составляло менее 100 нм (рис.5c).
На рис.6a показана полученная в ходе измерений топограмма образца расслоенного графита. На рис.6b представлена профилограмма вдоль синей линии, свидетельствующая о высоте чешуйки около 10 нм и малых размерах образца.
На рис.7a приведено изображение участка образца, полученное методом ближнепольной рамановской спектроскопии (область сканирования та же, что и на рис.3). Ввиду высокой чувствительности измерительной системы, для получения изображения было достаточно мощности лазерного излучения 5 мкВт при диаметре пятна менее 100 нм. В каждой точке сканирования регистрация рамановского спектра длилась 0,53 с. Размер области сканирования составил 5,0 Ч 1,7 мкм, размер полученного изображения – 100 Ч 35 пикселов. Рамановская спектрограмма в G-диапазоне (рис.7b), измеренная вдоль красной линии, показывает разницу между образцом и подложкой.
Заключение
Разработанная компанией WITec технология ближнепольной рамановской спектроскопии позволяет получать рамановские изображения с оптическим разрешением менее дифракционного предела. Благодаря этому возможно с высочайшей точностью анализировать распределение химических и молекулярных компонентов. Технология характеризуется сочетанием высокой чувствительности, простоты использования и надежности зондовых СБОМ-систем, может быть реализована в одном приборе и предназначена для исследований, требующих комплексного анализа образцов.
Отзывы читателей
