Нано-FTIR - Nano-FTIR
Нано-FTIR (наноразмерная инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье) это метод сканирования зондом это можно рассматривать как комбинацию двух техник: Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) и сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия рассеивающего типа (s-SNOM). Как s-SNOM, нано-FTIR основан на атомно-силовая микроскопия (AFM), где острый наконечник освещается внешним источником света, а свет, рассеянный наконечником (обычно обратно рассеянный), обнаруживается в зависимости от положения наконечника. Таким образом, типичная установка нано-FTIR состоит из атомно-силового микроскопа, широкополосного источника инфракрасного света, используемого для освещения иглы, и Интерферометр Майкельсона действуя как Спектрометр с преобразованием Фурье. В нано-FTIR столик для образца помещается в одно из плеч интерферометра, что позволяет регистрировать как амплитуду, так и фазу детектируемого света (в отличие от обычного FTIR, который обычно не дает информации о фазе). Сканирование наконечника позволяет выполнять гиперспектральное изображение (т.е. полный спектр в каждом пикселе отсканированной области) с пространственным разрешением в наномасштабе, определяемым размером вершины наконечника. Использование широкополосных источников инфракрасного излучения позволяет получать непрерывные спектры, что является отличительной особенностью нано-FTIR по сравнению с s-SNOM. инфракрасная (ИК) спектроскопия материалов в сверхмалых количествах и с наноразмерным пространственным разрешением.[1] Обнаружение одного молекулярного комплекса[2] и чувствительность к одному монослою[3] был показан. Запись инфракрасных спектров как функции положения может быть использована для наномасштабного картирования химического состава образца.[4][5] проведение локальной сверхбыстрой ИК-спектроскопии[6] и анализируя наноразмерное межмолекулярное взаимодействие,[7] среди прочего. Обычно достигается пространственное разрешение от 10 до 20 нм.[4]
За органические соединения, полимеры, биологический и другие мягкое вещество, нано-FTIR спектры можно напрямую сравнивать со стандартными базами данных FTIR, что позволяет проводить прямую химическую идентификацию и характеризацию.[4]
Нано-FTIR не требует специальной подготовки проб и обычно проводится в условиях окружающей среды. Он использует AFM, работающий в бесконтактный режим, который по своей сути неразрушающий и достаточно щадящий, чтобы быть пригодным для мягкая материя и биологический выборочные исследования. Нано-FTIR можно использовать из ТГц к видимый спектральный диапазон (и не только в инфракрасный как следует из названия) в зависимости от требований приложения и наличия источников широкополосного доступа. Нано-FTIR дополняет Рамановская спектроскопия с усилением наконечника (TERS), СБОМ, AFM-IR и другие методы сканирования зонда, которые способны выполнять вибрационный анализ.
Основные принципы
Nano-FTIR основан на s-SNOM, где инфракрасный луч от источника света фокусируется на острый, обычно металлизированный наконечник AFM, и обнаруживается обратное рассеяние. Наконечник значительно усиливает освещающий ИК-свет в наноскопическом объеме вокруг его вершины, создавая сильное поле в ближней зоне. Образец, попавший в это ближнее поле, электромагнитно взаимодействует с острием и при этом изменяет рассеяние острия (назад). Таким образом, обнаружив рассеяние наконечника, можно получить информацию об образце.
Nano-FTIR обнаруживает свет, рассеянный наконечником, интерферометрически. Столик для образца помещается в одно плечо обычного Интерферометр Майкельсона, В то время как зеркало на стадии пьезо помещают в другую, опорное плечо. Запись сигнала обратного рассеяния при переводе опорного зеркала дает интерферограмма. Последующие преобразование Фурье этой интерферограммы возвращает спектры ближнего поля образца.
Размещение предметного столика в одном из плеч интерферометра (а не вне интерферометра, как это обычно делается в обычный FTIR ) является ключевым элементом нано-FTIR. Он усиливает слабый сигнал ближнего поля из-за интерференции с сильным эталонным полем, помогает полностью устранить фон, вызванный паразитным рассеянием всего, что попадает в фокус пучка с большим дифракционным ограничением, и, что наиболее важно, позволяет регистрировать обе амплитуды. s и фаза φ спектры излучения, рассеянного на игле.[8] Обнаруживая фазу, нано-FTIR предоставляет полную информацию о ближних полях, что важно для количественных исследований и многих других приложений. Например, для мягкое вещество образцы (органика, полимеры, биоматериалы и др.), φ напрямую связано с поглощением в материале образца.[9][10] Это позволяет напрямую сравнивать спектры нано-FTIR с обычными спектры поглощения материала образца,[4] что позволяет проводить 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 спектроскопия с преобразованием Фурье рассеянного иглой света с помощью асимметричного спектрометра (то есть игла / образец, помещенная внутри 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, основанного на простой версии генерации нелинейной разностной частоты (DFG).[12] Однако средние ИК-спектры в этой реализации были записаны с использованием принципов двойной гребенчатой спектроскопии.[13][14] дающий дискретный набор частот и, таким образом, демонстрирующий метод многогетеродинного изображения, а не нано-FTIR. Первые непрерывные спектры были зарегистрированы только в 2009 г. в той же лаборатории с использованием суперконтинуального ИК-луча, также полученного методом DFG в GaSe, при наложении двух импульсных последовательностей, излучаемых легированными Er волоконный лазер.[1] Этот источник также позволил в 2011 году провести первую оценку спектров SiC с наноразмерным разрешением с превосходным качеством и спектральным разрешением.[15] В то же время Huth et al.[16] в лаборатории Р. Хилленбранда использовали ИК-излучение от простого светящаяся полоса источник в сочетании с принципами спектроскопии с преобразованием Фурье для регистрации ИК-спектров кремния, легированного p-типа, и его оксидов в полупроводниковом приборе. В этой же работе впервые был введен термин нано-FTIR. Однако недостаточный спектральная освещенность источников накаливания ограничивали применимость метода к обнаружению сильно резонансных возбуждений, таких как фононы;[17] а ранние источники суперконтинуума ИК-лазеров, обеспечивая большую мощность, имели очень узкую полосу пропускания (<300 см−1). Дальнейшая попытка улучшить спектральную мощность при сохранении большой полосы пропускания источника светящейся полосы была предпринята путем использования ИК-излучения от высокой температуры. аргонная дуга источник (также известный как источник плазмы).[18][19] Однако из-за отсутствия коммерческой доступности и быстрого развития источников инфракрасного излучения суперконтиниума источники плазмы не получили широкого распространения в нано-FTIR.
Прорыв в области нано-FTIR пришелся на разработку мощных широкополосных лазерных источников среднего ИК-диапазона, которые обеспечивали большую спектральную освещенность в достаточно большой полосе пропускания (мощность уровня мВт в полосе пропускания ~ 1000 см-1).[21][22] и позволил по-настоящему широкополосную спектроскопию материалов с наноразмерным разрешением, способную обнаруживать даже самые слабые колебательные резонансы.[4][3][2][23] В частности, было показано, что нано-FTIR может 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 было продемонстрировано первое инфракрасное гиперспектральное изображение с наноразмерным разрешением смеси сополимеров, которое позволило применить статистические методы, такие как многомерный анализ - широко используемый инструмент для анализа неоднородных проб.[24]
Дополнительным стимулом к развитию нано-FTIR стало использование синхротронное излучение которые обеспечивают чрезвычайно широкую полосу пропускания, но за счет более слабого ИК-излучения по сравнению с широкополосными лазерными источниками.[25][26][27][28]
Коммерциализация
Технология нано-FTIR была коммерциализирована neaspec - дочерняя компания из Германии Институт биохимии Макса Планка основана Ocelic, Hillenbrand и Keilmann в 2007 году на основе оригинального патента Ocelic и Hillenbrand.[11] Модуль обнаружения, оптимизированный для широкополосных источников освещения, был впервые представлен в 2010 году как часть стандарта. система микроскопа neaSNOM. В настоящее время широкополосные ИК-лазеры еще не поступили в продажу, однако экспериментальные широкополосные ИК-лазеры доказывают, что технология работает идеально и имеет огромный потенциал применения во многих областях. Первая нано-FTIR была коммерчески доступна в 2012 году (поставлялась с еще экспериментальными источниками широкополосного ИК-лазера), став первой коммерческой системой для широкополосной инфракрасной наноспектроскопии. В 2015 году neaspec разрабатывает и внедряет сверхбыструю нано-ИК-Фурье, коммерческую версию сверхбыстрой нано-спектроскопии. Сверхбыстрая нано-FTIR - это готовое к использованию обновление для нано-FTIR, позволяющее проводить наноспектроскопию с накачкой и зондом с лучшим в своем классе пространственным разрешением. В том же году было объявлено о разработке крио-неаСНОМ - первой системы такого рода, позволяющей получать изображения в ближнем поле в нанометровом масштабе и проводить спектроскопию при криогенных температурах.
Расширенные возможности
Интеграция синхротронных пучков
Системы Nano-FTIR легко интегрируются в синхротронное излучение лучи. Использование синхротронного излучения позволяет получить сразу весь средний инфракрасный спектр. Синхротронное излучение уже использовалось в синхротронной инфракрасной микроскопии - методе, наиболее широко используемом в биологических науках, предоставляющем информацию о химии в микромасштабе практически всех биологических образцов, таких как кости, растения и другие биологические ткани.[29] Nano-FTIR обеспечивает пространственное разрешение в масштабе 10-20 нм (по сравнению с ~ 2-5 мкм в микроспектроскопии), которое использовалось для широкополосной спектроскопии с пространственным разрешением кристаллических[25][26] и фазовый переход[30] материалы, полупроводники,[28] минералы,[31] биоминералы и белки.[27]
Сверхбыстрая спектроскопия
Нано-FTIR очень подходит для выполнения локальной сверхбыстрой спектроскопии зонда накачки из-за интерферометрического детектирования и внутренней способности изменять время задержки зонда. Он был применен для исследования сверхбыстрых наноразмерных плазмонных явлений в графене,[32][33] для проведения наноспектроскопии нанопроволок InAs с субцикловым разрешением[34] и для исследования когерентной колебательной динамики наноскопических ансамблей.[6]
Количественные исследования
Наличие как амплитуды, так и фазы рассеянного поля, а также теоретически хорошо изученное формирование сигнала в нано-FTIR позволяет восстановить как действительную, так и мнимую части диэлектрической функции, то есть определить показатель преломления и коэффициент экстинкции образца.[35] Хотя такое восстановление для образцов произвольной формы или образцов, демонстрирующих коллективные возбуждения, такие как фононы, требует ресурсоемкой численной оптимизации, для образцов мягкого вещества (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 по малому параметру, который изолирует диэлектрические свойства образца и позволяет получить полиномиальное представление измеренного контраста в ближнем поле. С адекватной моделью взаимодействия зонд-образец[36] и с известными параметрами измерения (например, амплитуда отвода, порядок демодуляции, эталонный материал и т. д.) диэлектрическая проницаемость образца может быть определена как решение простого полиномиального уравнения[37]
Подземный анализ
Методы ближнего поля, включая нано-FTIR, обычно рассматриваются как метод исследования поверхности из-за коротких диапазонов зондирования, составляющих около двух радиусов наконечника (~ 20-50 нм). Однако было продемонстрировано, что в пределах таких диапазонов зондирования s-SNOM способен обнаруживать подземные объекты и протяженность образцов,[38][39][40][41] который может быть использован для исследования образцов, покрытых тонкими защитными слоями,[42] среди прочего.
Как прямое следствие того, что это количественный метод (т.е. способный с высокой воспроизводимостью детектирования как амплитуды, так и фазы ближнего поля, а также хорошо понятные модели взаимодействия в ближнем поле), нано-FTIR также предоставляет средства для количественных исследований внутренней части образца (в пределах дальность зондирования иглы в ближнем поле, конечно). Это часто достигается с помощью простого метода использования сигналов, записанных в нескольких порядках демодуляции, которые естественным образом возвращаются нано-FTIR в процессе подавление фона. Было показано, что более высокие гармоники исследуют меньшие объемы ниже наконечника, тем самым кодируя объемную структуру образца.[43]. Таким образом, нано-FTIR демонстрирует способность восстанавливать толщину и диэлектрическую проницаемость слоистых пленок и наноструктур,[43] который был использован для наноразмерного профилирования многофазных материалов по глубине[44] и высокотемпературные купратные наноконстрикционные устройства с рисунком сфокусированные ионные пучки.[45] Другими словами, нано-FTIR обладает уникальной способностью восстанавливать ту же информацию о тонкопленочных образцах, которая обычно возвращается эллипсометрия или импедансная спектроскопия, но с наномасштабным пространственным разрешением. Эта возможность оказалась решающей для разделения различных состояний поверхности в топологических изоляторах.[46]
Работа 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 получением нано-FTIR спектров через покрытие Графен слой поверх поддерживаемого материала или через графен, подвешенный на перфорированной мембране из нитрида кремния (с использованием той же платформы s-SNOM, что и нано-FTIR).[47][48]
Криогенная среда
Раскрывая основы фазовые переходы в сверхпроводниках, коррелированных оксидах, Конденсаты Бозе-Эйнштейна поверхностных поляритонов и т. д. требуют спектроскопических исследований на характерных нанометровых масштабах длины и в криогенной среде. Nano-FTIR совместим с криогенным s-SNOM, который уже использовался для выявления нанотекстурированного сосуществования металла и коррелированных фаз изолятора Мотта в оксиде ванадия вблизи перехода металл-изолятор.[49]
Особая атмосферная среда
Nano-FTIR может работать в различных атмосферных средах, заключая систему в изолированную камеру или перчаточный ящик. Такая операция уже использовалась для исследования высокореактивных Литий-ионный аккумулятор составные части.[44]
Приложения
Nano-FTIR имеет множество приложений,[50] включая полимеры и полимерные композиты,[4] органические пленки,[51] полупроводники,[16][27][28][45] биологические исследования (клеточные мембраны, структура белков, исследования отдельных вирусов),[2][27][52] химия и катализ,[53] фотохимия[54] минералы и биоминералы,[52][27][31] геохимия,[55] коррозия[56] и материаловедение,[5][23] низкоразмерные материалы,[57][33] фотоника[58][27] хранилище энергии,[44] косметика, фармакология и науки об окружающей среде[59]
Материаловедение и химические науки
Нано-FTIR был использован для наноразмерной спектроскопической химической идентификации полимеров.[4] и нанокомпозиты,[24] за на месте исследование структуры и кристалличности органических тонких пленок,[51] для характеристики деформации и релаксации в кристаллических материалах[23] и для пространственного картирования каталитических реакций с высоким разрешением,[53] среди прочего.
Биологические и фармацевтические науки
Нано-FTIR был использован для исследования вторичной структуры белка, бактериальной мембраны,[27] обнаружение и исследования единичных вирусов и белковых комплексов.[27] Он был применен для обнаружения биоминералов в костной ткани.[52][27]
Полупроводниковая промышленность и исследования
Nano-FTIR использовался для наноразмерного профилирования свободных носителей и количественной оценки концентрации свободных носителей в полупроводниковых устройствах.,[16] для оценки повреждения ионного пучка в наноконстрикционных устройствах,[45] и общая спектроскопическая характеристика полупроводниковых материалов[28]
Теория
Демодуляция высоких гармоник для подавления фона
Нано-FTIR интерферометрически обнаруживает свет, рассеянный от системы зонд-образец. . Мощность на детекторе можно записать как[60]
куда это поле ссылки. Рассеянное поле можно записать как
и преобладает паразитное фоновое рассеяние, , от вала иглы, шероховатости образца кантилевера и всего остального, что попадает в дифракционно ограниченный пучок фокус. Чтобы извлечь сигнал ближнего поля, , возникающая из "горячей точки" ниже вершины иглы (которая несет информацию с наноразмерным разрешением о свойствах образца) небольшая гармоническая модуляция высоты иглы ЧАС (т.е. колебание наконечника) с частотой Ω и сигнал детектора демодулируется на высших гармониках этой частоты nΩ с n = 1,2,3,4, ... Фон почти нечувствителен к небольшим изменениям высоты наконечника и почти полностью устраняется для достаточно высоких порядков демодуляции (обычно ). Математически это можно показать, развернув и в ряд Фурье, который дает следующее (приближенное) выражение для демодулированного сигнала детектора:
куда является комплексным числом, которое получается путем объединения амплитуды синхронизации, , и фаза, , сигналы, это п-й коэффициент Фурье вклада ближнего поля и C.C. означает комплексно сопряженные члены. является коэффициентом Фурье нулевого порядка фонового вклада и часто называется мультипликативным фоном, потому что он входит в сигнал детектора как произведение с . Его нельзя удалить только демодуляцией высоких гармоник. В нано-FTIR мультипликативный фон полностью устраняется, как описано ниже.
Асимметричный ИК-Фурье спектрометр
Чтобы получить спектр, эталонное зеркало непрерывно перемещается во время регистрации демодулированного сигнала детектора в зависимости от положения эталонного зеркала. , давая интерферограмму . Таким образом, фаза опорного поля изменяется в соответствии с для каждого спектрального компонента опорного поля и сигнал детектора, таким образом, можно записать как[61]
куда эталонное поле при нулевой задержке . Чтобы получить спектр нано-FTIR, , интерферограмма преобразовано Фурье относительно . Второй член в приведенном выше уравнении не зависит от положения опорного зеркала и после преобразования Фурье только вносит свой вклад в сигнал постоянного тока. Таким образом, для только вклад ближнего поля, умноженный на эталонном поле пребывания в получаемом спектре:
Таким образом, помимо обеспечения интерферометрического усиления, асимметричный интерферометр, используемый в нано-FTIR, также полностью устраняет мультипликативный фон, который в противном случае мог бы быть источником различных артефактов и часто упускается из виду в других спектроскопиях на основе s-SNOM.
Нормализация
Следуя стандартной практике FTIR, спектры в нано-FTIR нормализуются к спектрам, полученным на известном, предпочтительно спектрально плоском эталонном материале. Это исключает как правило, неизвестное поле ссылки и любые инструментальные функции, дающие спектры контраста ближнего поля:
Спектры контраста ближнего поля, как правило, являются комплексными, что отражает возможную фазовую задержку поля, рассеянного образцом, относительно эталона. Спектры контраста в ближнем поле зависят почти исключительно от диэлектрических свойств материала образца и могут использоваться для его идентификации и определения характеристик.
Нано-ИК-Фурье абсорбционная спектроскопия
С целью описания контрастов ближнего поля для оптически тонких образцов, состоящих из полимеров, органических веществ, биологической материи и другой мягкой материи (так называемые слабые осцилляторы), сигнал ближнего поля с хорошим приближением может быть выражен как:[37]
,
куда - функция отклика поверхности, зависящая от комплексной диэлектрической проницаемости образца и может также рассматриваться как коэффициент отражения для затухающих волн, которые составляют ближнее поле иглы. То есть спектральная зависимость определяется исключительно коэффициентом отражения образца. Последний является чисто реальным и приобретает мнимую часть только в узких спектральных областях вокруг линий поглощения образца [4]. Это означает, что спектр мнимой части контраста ближнего поля похож на обычный FTIR. поглощение спектр, , материала образца:[4]. Поэтому удобно определять поглощение нано-FTIR , что напрямую связано со спектром поглощения образца:
Его можно использовать для прямой идентификации и определения характеристик образца в соответствии со стандартными базами данных FTIR без необходимости моделирования взаимодействия зонд-образец.
Для фононных и плазмонных образцов в окрестности соответствующих поверхностных поверхностных резонансов соотношение может не выдержать. В таких случаях простое соотношение между и не могут быть получены, требуя моделирования взаимодействия зонд-образец для спектроскопической идентификации таких образцов[41]
Рекомендации
- ^ а б Амари, Серджиу; Ганц, Томас; Кейльманн, Фриц (23 ноября 2009 г.). «Средняя инфракрасная спектроскопия ближнего поля». Оптика Экспресс. 17 (24): 21794–801. Bibcode:2009OExpr..1721794A. Дои:10.1364 / oe.17.021794. ISSN 1094-4087. PMID 19997423.
- ^ а б c Аменабар, Ибан; Поли, Саймон; Nuansing, Wiwat; Hubrich, Elmar H .; Говядинов, Александр А .; Хут, Флориан; Крутохвостов Роман; Чжан, Лянбинь; Кнез, Мато (2013-12-04). «Структурный анализ и картирование индивидуальных белковых комплексов с помощью инфракрасной наноспектроскопии». Nature Communications. 4: 2890. Bibcode:2013 НатКо ... 4.2890A. Дои:10.1038 / ncomms3890. ISSN 2041-1723. ЧВК 3863900. PMID 24301518.
- ^ а б Xu, Xiaoji G .; Ранг, Матиас; Крейг, Ян М .; Рашке, Маркус Б. (05.07.2012). «Расширение предела размера образца инфракрасной вибрационной наноспектроскопии: от монослоя к чувствительности отдельной молекулы». Письма в Журнал физической химии. 3 (13): 1836–1841. Дои:10.1021 / jz300463d. ISSN 1948-7185. PMID 26291869.
- ^ а б c d е ж грамм час я j Хут, Флориан; Говядинов Александр; Амари, Серджиу; Nuansing, Wiwat; Кейльманн, Фриц; Хилленбранд, Райнер (2012-08-08). «Нано-FTIR абсорбционная спектроскопия молекулярных отпечатков пальцев при пространственном разрешении 20 нм». Нано буквы. 12 (8): 3973–3978. Bibcode:2012NanoL..12.3973H. Дои:10.1021 / nl301159v. ISSN 1530-6984. PMID 22703339.
- ^ а б Угарте, Лорена; Сантамария-Эчарт, Аранцасу; Мастель, Стефан; Авторе, Марта; Хилленбранд, Райнер; Коркуера, Мария-Анхелес; Эдейса, Арантха (01.01.2017). «Альтернативный подход для включения нанокристаллов целлюлозы в гибкие пенополиуретаны на основе полиолов из возобновляемых источников». Промышленные культуры и продукты. 95: 564–573. Дои:10.1016 / j.indcrop.2016.11.011.
- ^ а б Xu, Xiaoji G .; Рашке, Маркус Б. (10 апреля 2013 г.). «Инфракрасная колебательная динамика ближнего поля и декогеренция с улучшенным наконечником». Нано буквы. 13 (4): 1588–1595. Bibcode:2013NanoL..13.1588X. Дои:10.1021 / nl304804p. ISSN 1530-6984. PMID 23387347.
- ^ Поллард, Бенджамин; Muller, Eric A .; Хинрихс, Карстен; Рашке, Маркус Б. (11.04.2014). «Вибрационная наноспектроскопическая визуализация коррелирующей структуры с межмолекулярным взаимодействием и динамикой». Nature Communications. 5: 3587. Bibcode:2014 НатКо ... 5.3587P. Дои:10.1038 / ncomms4587. ISSN 2041-1723. ЧВК 4071972. PMID 24721995.
- ^ Хут, Флориан (2015). Nano-FTIR - наномасштабная инфракрасная спектроскопия в ближнем поле (Кандидат наук.). Universidad del Pais Vasco.
- ^ Таубнер, Т .; Hillenbrand, R .; Кейльманн, Ф. (22 ноября 2004 г.). «Распознавание наноразмерных полимеров по спектральной сигнатуре в рассеивающей инфракрасной ближнепольной микроскопии». Письма по прикладной физике. 85 (21): 5064–5066. Bibcode:2004АпФЛ..85.5064Т. Дои:10.1063/1.1827334. ISSN 0003-6951.
- ^ Карни, П. Скотт; Дойч, Брэдли; Говядинов, Александр А .; Хилленбранд, Райнер (24 января 2012). «Фаза в нанооптике». САУ Нано. 6 (1): 8–12. Дои:10.1021 / nn205008y. ISSN 1936-0851. PMID 22214211.
- ^ а б Патент WO 2007039210, Ненад Оселич и Райнер Хилленбранд, "Оптическое устройство для измерения модулированного светового сигнала", опубликовано 12 апреля 2007 г.
- ^ Брем, Маркус; Шлиссер, Альберт; Кейльманн, Фриц (13 ноября 2006 г.). «Спектроскопическая микроскопия ближнего поля с использованием частотных гребенок в среднем инфракрасном диапазоне». Оптика Экспресс. 14 (23): 11222–11233. Bibcode:2006OExpr..1411222B. Дои:10.1364 / OE.14.011222. ISSN 1094-4087. PMID 19529536.
- ^ Кейльманн, Фриц; Голе, Кристоф; Хольцварт, Рональд (2004-07-01). "Спектрометр с частотной гребенкой среднего инфракрасного диапазона во временной области". Письма об оптике. 29 (13): 1542–1544. Bibcode:2004 ОптL ... 29,1542 К. Дои:10.1364 / OL.29.001542. ISSN 1539-4794. PMID 15259740.
- ^ Коддингтон, Ян; Ньюбери, Натан; Суонн, Уильям (2016-04-20). «Двухъядерная спектроскопия». Optica. 3 (4): 414–426. Дои:10.1364 / OPTICA.3.000414. ISSN 2334-2536.
- ^ Амари, С. (01.01.2011). "Широкополосная инфракрасная оценка фононного резонанса в ближнепольной микроскопии рассеивающего типа". Физический обзор B. 83 (4): 045404. Bibcode:2011PhRvB..83d5404A. Дои:10.1103 / PhysRevB.83.045404.
- ^ а б c Huth, F .; Schnell, M .; Wittborn, J .; Ocelic, N .; Хилленбранд, Р. (2011). «Инфракрасно-спектроскопическое наноизображение с использованием источника тепла». Материалы Природы. 10 (5): 352–356. Bibcode:2011НатМа..10..352H. Дои:10.1038 / nmat3006. PMID 21499314.
- ^ Исикава, Мичио; Кацура, Макото; Накашима, Сатору; Икемото, Юка; Окамура, Хидекадзу (07.05.2012). «Широкополосная ближнепольная спектроскопия в среднем инфракрасном диапазоне и приложение к фононным резонансам в кварце». Оптика Экспресс. 20 (10): 11064–72. Bibcode:2012OExpr..2011064I. Дои:10.1364 / oe.20.011064. ISSN 1094-4087. PMID 22565729.
- ^ Хут, Флориан; Чувилин Андрей; Шнелл, Мартин; Аменабар, Ибан; Крутохвостов Роман; Лопатин, Сергей; Хилленбранд, Райнер (13 марта 2013). «Резонансные антенные зонды для инфракрасной микроскопии ближнего поля с зондом». Нано буквы. 13 (3): 1065–1072. Bibcode:2013NanoL..13.1065H. Дои:10,1021 / nl304289g. ISSN 1530-6984. PMID 23362918.
- ^ McIntosh, A. L; Wofford, B.A; Lucchese, R.R; Беван, Дж. В (2001-12-01). «Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье высокого разрешения с использованием высокотемпературного источника аргонной дуги». Инфракрасная физика и технологии. 42 (6): 509–514. Bibcode:2001ИнФТ..42..509М. Дои:10.1016 / S1350-4495 (01) 00113-X.
- ^ Аменабар, Ибан; Поли, Саймон; Гойкоэчеа, Моника; Nuansing, Wiwat; Лаш, Питер; Хилленбранд, Райнер (15.02.2017). «Гиперспектральное инфракрасное наноизображение органических образцов на основе инфракрасной наноспектроскопии с преобразованием Фурье». Nature Communications. 8: 14402. Bibcode:2017НатКо ... 814402A. Дои:10.1038 / ncomms14402. ISSN 2041-1723. ЧВК 5316859. PMID 28198384.
- ^ Кейльманн, Фриц; Амари, Серджиу (17 апреля 2012 г.). "Гребенка средней инфракрасной области спектра, охватывающая октаву на основе волоконного лазера Er и генерации разностных частот". Журнал инфракрасных, миллиметровых и терагерцовых волн. 33 (5): 479–484. arXiv:1202.5845. Bibcode:2012JIMTW..33..479K. Дои:10.1007 / s10762-012-9894-х. ISSN 1866-6892. S2CID 25305889.
- ^ Hegenbarth, R; Steinmann, А; Мастель, S; Amarie, S; Хубер, А. Дж .; Hillenbrand, R; Саркисов, С Я; Гиссен, Х (2014). «Мощные фемтосекундные источники среднего ИК-диапазона для приложений s-SNOM». Журнал оптики. 16 (9): 094003. Bibcode:2014JOpt ... 16i4003H. Дои:10.1088/2040-8978/16/9/094003.
- ^ а б c Бенсманн, Стефани; Гаусманн, Фабиан; Левин, Мартин; Вуппен, Йохен; Нига, Себастьян; Янцен, Кристоф; Юнгблут, Бернд; Таубнер, Томас (22 сентября 2014 г.). «Визуализация в ближнем поле и спектроскопия локально деформированного GaN с использованием широкополосного ИК-лазера». Оптика Экспресс. 22 (19): 22369–81. Bibcode:2014OExpr..2222369B. Дои:10.1364 / oe.22.022369. ISSN 1094-4087. PMID 25321708.
- ^ а б Аменабар, Ибан; Поли, Саймон; Гойкоэчеа, Моника; Nuansing, Wiwat; Лаш, Питер; Хилленбранд, Райнер (15.02.2017). «Гиперспектральное инфракрасное наноизображение органических образцов на основе инфракрасной наноспектроскопии с преобразованием Фурье». Nature Communications. 8: 14402. Bibcode:2017НатКо ... 814402A. Дои:10.1038 / ncomms14402. ISSN 2041-1723. ЧВК 5316859. PMID 28198384.
- ^ а б Германн, Питер; Hoehl, Arne; Патока, Петр; Хут, Флориан; Рюль, Эккарт; Ульм, Герхард (11 февраля 2013 г.). «Получение изображений в ближнем поле и инфракрасная спектроскопия с нано-преобразованием Фурье с использованием широкополосного синхротронного излучения». Оптика Экспресс. 21 (3): 2913–9. Bibcode:2013OExpr..21.2913H. Дои:10.1364 / oe.21.002913. ISSN 1094-4087. PMID 23481749.
- ^ а б Перагут, Флориан; Брубах, Жан-Блез; Рой, Паскаль; Де Уайлд, Янник (2014). «Инфракрасная визуализация в ближнем поле и спектроскопия на основе теплового или синхротронного излучения». Письма по прикладной физике. 104 (25): 251118. Bibcode:2014АпФЛ.104г1118П. Дои:10.1063/1.4885416. ISSN 0003-6951.
- ^ а б c d е ж грамм час я Bechtel, Hans A .; Muller, Eric A .; Олмон, Роберт Л .; Мартин, Майкл С .; Рашке, Маркус Б. (20 мая 2014 г.). «Сверхширокополосная инфракрасная наноспектроскопическая визуализация». Труды Национальной академии наук. 111 (20): 7191–7196. Bibcode:2014ПНАС..111.7191Б. Дои:10.1073 / pnas.1400502111. ISSN 0027-8424. ЧВК 4034206. PMID 24803431.
- ^ а б c d Германн, Питер; Hoehl, Arne; Ульрих, Георг; Флейшманн, Клаудиа; Хермелинк, Антье; Кестнер, Бернд; Патока, Петр; Хорнеманн, Андреа; Бекхофф, Буркхард (28 июля 2014 г.). «Определение характеристик полупроводниковых материалов с использованием ближнепольной инфракрасной микроскопии на основе синхротронного излучения и нано-FTIR-спектроскопии». Оптика Экспресс. 22 (15): 17948–58. Bibcode:2014OExpr..2217948H. Дои:10.1364 / oe.22.017948. ISSN 1094-4087. PMID 25089414.
- ^ Marinkovic, Nebojsa S .; Шанс, Марк Р. (01.01.2006). Обзоры в области клеточной биологии и молекулярной медицины. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Дои:10.1002 / 3527600906.mcb.200500021. ISBN 9783527600908.
- ^ Гилберт Кордер, Стефани Н .; Чен, Синьчжун; Чжан, Шаоцин; Ху, Фенруй; Чжан, Цзявэй; Луань, Илун; Логан, Джек А .; Чаватти, Томас; Бехтель, Ханс А. (22 декабря 2017 г.). «Ближнеполевое спектроскопическое исследование двухзонных тяжелых фермионных метаматериалов». Nature Communications. 8 (1): 2262. Bibcode:2017 НатКо ... 8,2262 г. Дои:10.1038 / s41467-017-02378-3. ISSN 2041-1723. ЧВК 5741627. PMID 29273808.
- ^ а б Хао, Чжао; Bechtel, Hans A .; Книфси, Тимоти; Гилберт, Бенджамин; Нико, Питер С. (07.02.2018). «Межмасштабный молекулярный анализ химической неоднородности в сланцевых породах». Научные отчеты. 8 (1): 2552. Bibcode:2018НатСР ... 8.2552H. Дои:10.1038 / s41598-018-20365-6. ISSN 2045-2322. ЧВК 5803189. PMID 29416052.
- ^ Вагнер, Мартин; Фэй, Чжэ; Маклеод, Александр С .; Родин, Александр С .; Бао, Вэньчжун; Ивински, Эрик Дж .; Чжао, Цзэн; Голдфлам, Майкл; Лю, Мэнкунь (12 февраля 2014 г.). «Сверхбыстрые и наноразмерные плазмонные явления в расслоенном графене, обнаруженные с помощью инфракрасной насосно-зондовой наноскопии». Нано буквы. 14 (2): 894–900. arXiv:1402.6003. Bibcode:2014NanoL..14..894W. Дои:10.1021 / nl4042577. ISSN 1530-6984. PMID 24479682. S2CID 19561017.
- ^ а б Ni, G. X .; Wang, L .; Goldflam, M.D .; Вагнер, М .; Fei, Z .; McLeod, A. S .; Лю, М. К .; Keilmann, F .; Озилмаз, Б. (2016). «Сверхбыстрое оптическое переключение инфракрасных плазмон-поляритонов в высокоподвижном графене». Природа Фотоника. 10 (4): 244–247. Bibcode:2016НаФо..10..244Н. Дои:10.1038 / nphoton.2016.45.
- ^ Eisele, M .; Cocker, T. L .; Huber, M. A .; Планкл, М .; Viti, L .; Ercolani, D .; Сорба, Л .; Витиелло, М. С .; Хубер, Р. (2014). «Сверхбыстрая мультитерагерцовая наноспектроскопия с субцикловым временным разрешением». Природа Фотоника. 8 (11): 841–845. arXiv:1604.04304. Bibcode:2014НаФо ... 8..841E. Дои:10.1038 / nphoton.2014.225. S2CID 119285417.
- ^ Tranca, D.E .; Stanciu, S.G .; Hristu, R .; Stoichita, C .; Tofail, S.A.M .; Станчу, Г. А. (2015-07-03). «Количественное определение диэлектрической проницаемости с высоким разрешением с помощью сканирующей ближнепольной оптической микроскопии с высоким разрешением». Научные отчеты. 5: 11876. Bibcode:2015НатСР ... 511876Т. Дои:10.1038 / srep11876. ISSN 2045-2322. ЧВК 5155613. PMID 26138665.
- ^ Cvitkovic, A .; Ocelic, N .; Хилленбранд, Р. (2007-07-09). «Аналитическая модель для количественного предсказания материальных контрастов в ближнепольной оптической микроскопии рассеянного типа». Оптика Экспресс. 15 (14): 8550–65. Bibcode:2007OExpr..15.8550C. Дои:10.1364 / oe.15.008550. ISSN 1094-4087. PMID 19547189.
- ^ а б Говядинов, Александр А .; Аменабар, Ибан; Хут, Флориан; Карни, П. Скотт; Хилленбранд, Райнер (2 мая 2013 г.). "Количественное измерение местного поглощения инфракрасного излучения и диэлектрической функции с помощью микроскопии ближнего поля с усилением наконечника". Письма в Журнал физической химии. 4 (9): 1526–1531. CiteSeerX 10.1.1.666.8910. Дои:10.1021 / jz400453r. ISSN 1948-7185. PMID 26282309.
- ^ Таубнер, Т .; Keilmann, F .; Хилленбранд, Р. (31 октября 2005 г.). "Наноразмерное разрешение подповерхностных изображений с помощью ближнепольной оптической микроскопии рассеянного типа". Оптика Экспресс. 13 (22): 8893–9. Bibcode:2005OExpr..13,8893T. Дои:10.1364 / opex.13.008893. ISSN 1094-4087. PMID 19498922.
- ^ Юнг, Лена; Хауэр, Бенедикт; Ли, Пейнинг; Борнхёффт, Мануэль; Майер, Иоахим; Таубнер, Томас (2016-03-07). «Изучение пределов обнаружения инфракрасной микроскопии ближнего поля в отношении небольших скрытых структур и продвижение их с помощью эффектов, связанных с суперлинзами» (PDF). Оптика Экспресс. 24 (5): 4431–4441. Bibcode:2016OExpr..24.4431J. Дои:10.1364 / oe.24.004431. ISSN 1094-4087. PMID 29092272.
- ^ Крутохвостов Роман; Говядинов, Александр А .; Stiegler, Johannes M .; Хут, Флориан; Чувилин Андрей; Карни, П. Скотт; Хилленбранд, Райнер (2012-01-02). «Повышенное разрешение в подповерхностной ближнепольной оптической микроскопии». Оптика Экспресс. 20 (1): 593–600. Bibcode:2012OExpr..20..593K. Дои:10.1364 / oe.20.000593. ISSN 1094-4087. PMID 22274381.
- ^ а б Чжан, Л. М. (01.01.2012). «Спектроскопия в ближнем поле тонких пленок диоксида кремния». Физический обзор B. 85 (7): 075419. arXiv:1110.4927. Bibcode:2012PhRvB..85g5419Z. Дои:10.1103 / PhysRevB.85.075419. S2CID 37170378.
- ^ Lewin, M .; Hauer, B .; Bornhöfft, M .; Jung, L .; Benke, J .; Мишель, А. -К. U .; Mayer, J .; Wuttig, M .; Таубнер, Т. (12.10.2015). «Отображение материалов с фазовым переходом под покровным слоем с использованием корреляционной инфракрасной микроскопии в ближнем поле и электронной микроскопии». Письма по прикладной физике. 107 (15): 151902. Bibcode:2015АпФЛ.107о1902Л. Дои:10.1063/1.4933102. ISSN 0003-6951.
- ^ а б Говядинов, Александр А .; Мастель, Стефан; Голмар, Федерико; Чувилин Андрей; Карни, П. Скотт; Хилленбранд, Райнер (22.07.2014). «Восстановление диэлектрической проницаемости и глубины из данных ближнего поля как шаг к инфракрасной нанотомографии». САУ Нано. 8 (7): 6911–6921. Дои:10.1021 / nn5016314. ISSN 1936-0851. PMID 24897380.
- ^ а б c Лукас, И. Т .; McLeod, A. S .; Syzdek, J. S .; Middlemiss, D. S .; Gray, C.P .; Басов, Д. Н .; Костецкий, Р. (14 января 2015 г.). "ИК-спектроскопия в ближнем поле и визуализация одиночных микрокристаллов LixFePO4". Нано буквы. 15 (1): 1–7. Bibcode:2015НаноЛ..15 .... 1л. Дои:10.1021 / nl5010898. ISSN 1530-6984. PMID 25375874.
- ^ а б c Гозар, А .; Litombe, N.E .; Хоффман, Дженнифер Е .; Божович, И. (2017-03-08). «Оптическая наноскопия высокотемпературных купратных наноконстрикционных устройств, сформированных пучками ионов гелия». Нано буквы. 17 (3): 1582–1586. arXiv:1703.02101. Bibcode:2017NanoL..17.1582G. Дои:10.1021 / acs.nanolett.6b04729. ISSN 1530-6984. PMID 28166407. S2CID 206737748.
- ^ Моосхаммер, Фабиан; Санднер, Фабиан; Huber, Markus A .; Цизльспергер, Мартин; Вейганд, Елена; Планкл, Маркус; Вейрих, Кристиан; Ланиус, Мартин; Кампмайер, Йорн (12 декабря 2018 г.). «Наноразмерная ближнепольная томография поверхностных состояний на (Bi0.5Sb0.5) 2Te3» (PDF). Нано буквы. 18 (12): 7515–7523. Дои:10.1021 / acs.nanolett.8b03008. ISSN 1530-6984. PMID 30419748.
- ^ Хатиб, Омар; Вуд, Джошуа Д.; Маклеод, Александр С .; Goldflam, Майкл Д .; Вагнер, Мартин; Damhorst, Gregory L .; Koepke, Justin C .; Дойдж, Грегори П .; Рангараджан, Анируддх (25 августа 2015 г.). «Платформа на основе графена для инфракрасной ближнепольной наноспектроскопии воды и биологических материалов в водной среде». САУ Нано. 9 (8): 7968–7975. arXiv:1509.01743. Дои:10.1021 / acsnano.5b01184. ISSN 1936-0851. PMID 26223158. S2CID 30158736.
- ^ Лу, И-Сянь; Ларсон, Джонатан М .; Баскин, Артем; Чжао, Сяо; Эшби, Пол Д .; Прендергаст, Дэвид; Bechtel, Hans A .; Костецкий, Роберт; Салмерон, Микель (15.07.2019). «Инфракрасная наноспектроскопия на границе графен – электролит». Нано буквы. 19 (8): 5388–5393. Дои:10.1021 / acs.nanolett.9b01897. ISSN 1530-6984. PMID 31306028.
- ^ McLeod, A. S .; Heumen, E. van; Ramirez, J.G .; Wang, S .; Saerbeck, T .; Guenon, S .; Goldflam, M .; Anderegg, L .; Келли, П. (2017). «Сосуществование нанотекстурных фаз в коррелированном изоляторе V2O3». Природа Физика. 13 (1): 80–86. Bibcode:2017НатФ..13 ... 80 млн. Дои:10.1038 / nphys3882.
- ^ Muller, Eric A .; Поллард, Бенджамин; Рашке, Маркус Б. (02.04.2015). "Инфракрасное химическое нано-изображение: доступ к структуре, взаимодействию и динамике в масштабах молекулярной длины". Письма в Журнал физической химии. 6 (7): 1275–1284. Дои:10.1021 / acs.jpclett.5b00108. ISSN 1948-7185. PMID 26262987.
- ^ а б Вестермайер, Кристиан; Чернеску, Адриан; Амари, Серджиу; Левальд, Клеменс; Кейльманн, Фриц; Никель, Берт (11.06.2014). «Сосуществование субмикронных фаз в тонких пленках органических соединений с небольшими молекулами, выявленное с помощью инфракрасного наноизображения». Nature Communications. 5: 4101. Bibcode:2014 НатКо ... 5,4101 Вт. Дои:10.1038 / ncomms5101. ISSN 2041-1723. ЧВК 4082641. PMID 24916130.
- ^ а б c Амари, Серджиу; Засланский, Павел; Кадихара, Юске; Грисшабер, Эрика; Schmahl, Wolfgang W; Кейльманн, Фриц (2012-04-05). «Нано-FTIR химическое картирование минералов в биологических материалах». Журнал нанотехнологий Байльштейна. 3 (1): 312–323. Дои:10.3762 / bjnano.3.35. ЧВК 3343267. PMID 22563528.
- ^ а б Ву, Чун-Йе; Вольф, Уильям Дж .; Левартовский, Ехонатан; Bechtel, Hans A .; Мартин, Майкл С .; Тосте, Ф. Дин; Гросс, Элад (26.01.2017). «Картирование каталитических реакций на отдельных частицах с высоким пространственным разрешением». Природа. 541 (7638): 511–515. Bibcode:2017Натура.541..511Вт. Дои:10.1038 / природа20795. ISSN 0028-0836. PMID 28068671. S2CID 4452069.
- ^ Чен, Венруи; Цин, Гуанянь; Вс, Таолей (22 декабря 2016 г.). «Новое усиление эмиссии, вызванное агрегацией, вызванное сборкой хирального гелеобразователя: от неэмиссионных нановолокон до эмиссионных микропетл». Chem. Сообщество. 53 (2): 447–450. Дои:10.1039 / c6cc08808b. ISSN 1364-548X. PMID 27966702.
- ^ Домингес, Херардо; Mcleod, A.S .; Гейнсфорт, Зак; Kelly, P .; Bechtel, Hans A .; Кейльманн, Фриц; Вестфаль, Эндрю; Тименс, Марк; Басов, Д. Н. (09.12.2014). «Наноразмерная инфракрасная спектроскопия как неразрушающий зонд внеземных образцов». Nature Communications. 5: 5445. Bibcode:2014 НатКо ... 5.5445D. Дои:10.1038 / ncomms6445. ISSN 2041-1723. PMID 25487365.
- ^ Джонсон, К. Магнус; Бёмлер, Мириам (01.07.2016). «Нано-FTIR микроскопия и спектроскопические исследования атмосферной коррозии с пространственным разрешением 20 нм». Наука о коррозии. 108: 60–65. Дои:10.1016 / j.corsci.2016.02.037.
- ^ Dai, S .; Fei, Z .; Ma, Q .; Родин, А. С .; Вагнер, М .; McLeod, A. S .; Лю, М. К .; Gannett, W .; Реган, У. (07.03.2014). "Перестраиваемые фононные поляритоны в атомарно тонких кристаллах ван-дер-Ваальса нитрида бора". Наука. 343 (6175): 1125–1129. Bibcode:2014Научный ... 343.1125D. Дои:10.1126 / science.1246833. HDL:1721.1/90317. ISSN 0036-8075. PMID 24604197. S2CID 4253950.
- ^ Ли, Пейнинг; Левин, Мартин; Кретинин, Андрей В .; Колдуэлл, Джошуа Д.; Новоселов, Костя С .; Танигучи, Такаши; Ватанабэ, Кендзи; Гауссманн, Фабиан; Таубнер, Томас (26.06.2015). «Гиперболические фонон-поляритоны в нитриде бора для ближнепольной оптической визуализации и фокусировки». Nature Communications. 6: 7507. arXiv:1502.04093. Bibcode:2015 НатКо ... 6.7507L. Дои:10.1038 / ncomms8507. ISSN 2041-1723. ЧВК 4491815. PMID 26112474.
- ^ Pletikapić, G .; Ивошевич ДеНардис, Н. (06.01.2017). «Применение поверхностных аналитических методов для определения опасной ситуации в Адриатическом море: мониторинг динамики органических веществ и нефтяного загрязнения» (PDF). Nat. Опасности Earth Syst. Наука. 17 (1): 31–44. Bibcode:2017NHESS..17 ... 31P. Дои:10.5194 / nhess-17-31-2017. ISSN 1684-9981.
- ^ Оселич, Ненад; Хубер, Андреас; Хилленбранд, Райнер (4 сентября 2006 г.). «Псевдогетеродинное детектирование для бесфоновой ближнепольной спектроскопии». Письма по прикладной физике. 89 (10): 101124. Bibcode:2006АпФЛ..89j1124O. Дои:10.1063/1.2348781. ISSN 0003-6951.
- ^ Хут, Флориан (2015). Nano-FTIR - наномасштабная инфракрасная спектроскопия в ближнем поле (Кандидат наук.). Universidad del Pais Vasco.
внешняя ссылка
- Лаборатория инфракрасной наноскопии Фрица Кейлмана (Ludwigs-Maximilians-Universität)
- Группа нанооптики Райнера Хилленбранда (CIC nanoGUNE)
- Группа нанооптики и метаматериалов Томаса Таубнера (RWTH Aachen)
- Инфракрасная нанооптика квантовых материалов, группа Дмитрия Басова (Калифорнийский университет в Сан-Диего)