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Nano-FTIR 納米傅里葉紅外光譜儀Nano-FTIR

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Neaspec公司利用其*的散射型近場光學技術(shù)發(fā)展出來的nano-FTIR-納米傅里葉紅外光譜技術(shù),使得納米尺度化學鑒定和成像成為可能。這一技術(shù)綜合了原子力顯微鏡的高空間分辨率,和傅里葉紅外光譜的高化學敏感度,因此可以在納米尺度下實現(xiàn)對幾乎所有材料的化學分辨?,F(xiàn)代化學分析的新時代從此開始。

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納米傅里葉紅外光譜儀Nano-FTIR

------具有20nm空間分辨率的納米級紅外光譜儀

現(xiàn)代化學的一大科研難題是如何實現(xiàn)在納米尺度下對材料進行無損化學成分鑒定?,F(xiàn)有的一些高分辨成像技術(shù),如電鏡或掃描探針顯微鏡等,在一定程度上可以有限的解決這一問題,但是這些技術(shù)本身的化學敏感度太低,已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化學納米分析的要求。而另一方面,紅外光譜具有很高的化學敏感度,但是其空間分辨率卻由于受到二分之一波長的衍射極限限制,只能達到微米級別,因此也無法進行納米級別的化學鑒定。

Neaspec公司的Nano-FTIR技術(shù)

現(xiàn)在Neaspec公司利用其*的散射型近場光學技術(shù)發(fā)展出來的nano-FTIR-納米傅里葉紅外光譜技術(shù),使得納米尺度化學鑒定和成像成為可能。這一技術(shù)綜合了原子力顯微鏡的高空間分辨率,和傅里葉紅外光譜的高化學敏感度,因此可以在納米尺度下實現(xiàn)對幾乎所有材料的化學分辨?,F(xiàn)代化學分析的新時代從此開始。

 

Neaspec公司的散射型近場技術(shù)通過干涉性探測針尖掃描樣品表面時的反向散射光,同時得到近場信號的光強和相位信號。當使用寬波紅外激光照射AFM針尖時,即可獲得針尖下方10nm區(qū)域內(nèi)的紅外光譜,即nano-FTIR.

近場光譜探測模塊 (nanoFTIR) 

圖一: nano-FTIR工作原理. 將一束寬帶中紅外激光耦合進入近場顯微鏡(NeaSNOM),對AFM針尖進行照明, 通過一套包含分束器、參考鏡和探測器在內(nèi)的傅里葉變換光譜儀對反向散射光分析,獲得nano-FTIR光譜。

Nano-FTIR 光譜與標準FTIR光譜高度吻合 

在不使用任何模型矯正的條件下,nano-FTIR獲得的近場吸收光譜所體現(xiàn)的分子指紋特征與使用傳統(tǒng)FTIR光譜儀獲得的分子指紋特征吻合度*(見圖2),這在基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用方面都具有重要意義,因為研究者可以將nano-FTIR光譜與已經(jīng)廣泛建立的傳統(tǒng)FTIR光譜數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行對比,從而實現(xiàn)快速準確的進行納米尺度下的材料化學分析。對化學成分的高敏感度與超高的空間分辨率的結(jié)合,使得nano-FTIR成為納米分析的*工具。

應(yīng)用案例

nano-FTIR 可以應(yīng)用到對納米尺度樣品污染物的化學鑒定上。圖3顯示的Si表面覆蓋PMMA薄膜的橫截面AFM成像圖,其中AFM相位圖顯示在Si片和PMMA薄膜的界面存在一個100nm尺寸的污染物,但是其化學成分無法從該圖像中判斷。而使用nano-FTIR在污染物中心獲得的紅外光譜清晰的揭示出了污染物的化學成分。通過對nano-FTIR獲得的吸收譜線與標準FTIR數(shù)據(jù)庫中譜線進行比對,可以確定污染物為PDMS顆粒。

圖 3: 使用nano-FTIR對納米尺度污染物的化學鑒定。AFM表面形貌圖像 (左), 在Si片基體(暗色區(qū)域B)與PMMA薄膜(A)之間可以觀察到一個小的污染物。機械相位圖像中(中),對比度變化證明該污染物的是有別于基體和薄膜的其他物質(zhì)。將點A和B的nano-FTIR 吸收光譜(右),與標準紅外光譜數(shù)據(jù)庫對比, 獲得各部分物質(zhì)的化學成分信息. 每條譜線的采集時間為7min, 光譜分辨率為13 cm-1.
Further Reading:
"Nano-FTIR absorption spectroscopy of molecular fingerprints at 20 nm spatial resolution.,”,
F. Huth, A. Govyadinov, S. Amarie, W. Nuansing, F. Keilmann, R. Hillenbrand,
Nanoletters 12, p. 3973 (2012)

主要技術(shù)參數(shù)配置:

  • 反射式 AFM-針尖照明
  • 高性能近場光譜顯微優(yōu)化的探測模塊
  • 保護的無背景探測技術(shù)
  • 基于優(yōu)化的傅里葉變換光譜儀
  • 采集速率: Up to 3 spectra /s
  • 標準光譜分辨率: 6.4/cm
  • 可升級光譜分辨率:3.0/cm
  • 適合探測區(qū)間:可見,紅外(0.5 – 20 µm)
  • 包括可更換分束器基座
  • 適用于同步輻射紅外光源 NEW!!!
部分發(fā)表文章

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Physical Review Letters 97, p.60801

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Nature 418, p.159

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Physical Review Letters 80, 3029

Complex optical constants on a subwavelength scale

……

 
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南京大學

中山大學

首都師范大學

蘇州大學

University of San Diego,USA

University of Southampton, UK

CIC nanoGUNE San Sebastion, Spain

LBNL Berkeley, USA

Fraunhofer Institut ILT Aachen, Germany

Max-Planck-Institut of Quantum Optics, Garching, Germany

University of Bristol, UK

RWTH Aachen, Germany

California State University Long Beach, USA……

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