Viktoria Kunzelmann

Optische Nahfeldmikroskopie SNOM (scanning near-eld optical microscopy) Viktoria Kunzelmann 24.04.2014

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Überblick Viktoria Kunzelmann

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Mikroskope und ihr Auösungsvermögen SNOM Zuordnung zu Rastersondenmikroskopen Aufbau eines Nahfeldmikroskops Allgemeines Funktionsprinzip Kennzeichen der Nahfeld-Optik Eigenschaften der SNOM-Spitzen Abstandsregulierung

Betriebsmoden: Sammel- und Beleuchtungsmodus Anwendungen des Nahfeldmikroskops Einschränkungen und Limitationen 3

Zusammenfassung der Vorteile des SNOMs

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Neukonzept: Kombination mit Superlinsen 2 / 29

Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit)

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Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit) ∼ 200 nm −300 nm

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Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit) ∼ 200 nm −300 nm Elektronenmikroskop

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Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit) ∼ 200 nm −300 nm Elektronenmikroskop

sehr viel kleinere Wellenlänge als Licht

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Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit) ∼ 200 nm −300 nm Elektronenmikroskop

sehr viel kleinere Wellenlänge als Licht ⇒ höheres Auösungsvermögen als LM

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Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit) ∼ 200 nm −300 nm Elektronenmikroskop

sehr viel kleinere Wellenlänge als Licht ⇒ höheres Auösungsvermögen als LM ∼ 0, 1 nm

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Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit) ∼ 200 nm −300 nm Elektronenmikroskop

sehr viel kleinere Wellenlänge als Licht ⇒ höheres Auösungsvermögen als LM ∼ 0, 1 nm Rastersondenmikroskop

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Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit) ∼ 200 nm −300 nm Elektronenmikroskop

sehr viel kleinere Wellenlänge als Licht ⇒ höheres Auösungsvermögen als LM ∼ 0, 1 nm Rastersondenmikroskop

Bild nicht durch optische oder elektrooptische Abbildung (Linse) erzeugt

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Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit) ∼ 200 nm −300 nm Elektronenmikroskop

sehr viel kleinere Wellenlänge als Licht ⇒ höheres Auösungsvermögen als LM ∼ 0, 1 nm Rastersondenmikroskop

Bild nicht durch optische oder elektrooptische Abbildung (Linse) erzeugt sehr hohes Auösungsvermögen! 3 / 29

Mikroskope und ihr Auösungsvermögen Viktoria Kunzelmann

Klassisches Lichtmikroskop

Auösungsvermögen abhängig von Wellenlänge: λ λ d = n·sin α ≈ 0, 61 NA (Abbe-Limit) ∼ 200 nm −300 nm Elektronenmikroskop

sehr viel kleinere Wellenlänge als Licht ⇒ höheres Auösungsvermögen als LM ∼ 0, 1 nm Rastersondenmikroskop

Bild nicht durch optische oder elektrooptische Abbildung (Linse) erzeugt sehr hohes Auösungsvermögen! ∼ 10 pm 3 / 29

Vergleich verschiedener Auösungen Viktoria Kunzelmann

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Vergleich verschiedener Auösungen Viktoria Kunzelmann

+ SNOM: Messung optischer Eigenschaften der Probe 4 / 29

SNOM - Rasternahfeldmikroskop Viktoria Kunzelmann

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SNOM - Rasternahfeldmikroskop Viktoria Kunzelmann

Sonde scannt Oberäche Punkt für Punkt in sehr geringem Abstand ab (d ≈ 10 nm) = Rastern

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SNOM - Rasternahfeldmikroskop Viktoria Kunzelmann

Sonde scannt Oberäche Punkt für Punkt in sehr geringem Abstand ab (d ≈ 10 nm) = Rastern kann Rastersondenmikroskopen zugeordnet werden

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SNOM - Rasternahfeldmikroskop Viktoria Kunzelmann

Sonde scannt Oberäche Punkt für Punkt in sehr geringem Abstand ab (d ≈ 10 nm) = Rastern kann Rastersondenmikroskopen zugeordnet werden Wechselwirkung zwischen Sonde und Probe entscheidet über Typ des Rastersondenmikroskops 5 / 29

SNOM - Zuordnung zu Rastersondenmikroskopen Viktoria Kunzelmann

Wechselwirkungen zwischen Sonde und Probe

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SNOM - Zuordnung zu Rastersondenmikroskopen Viktoria Kunzelmann

Wechselwirkungen zwischen Sonde und Probe •

Rastertunnelmikroskop

Spannung zwischen Spitze & Probe wird angelegt

→

Messung des Tunnelstroms

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SNOM - Zuordnung zu Rastersondenmikroskopen Viktoria Kunzelmann

Wechselwirkungen zwischen Sonde und Probe •

Rastertunnelmikroskop

Spannung zwischen Spitze & Probe wird angelegt

→ •

Messung des Tunnelstroms

Rasterkraftmikroskop

Auslenkung der Sonde durch v.a. atomare Van-der-Waals-Kräfte

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SNOM - Zuordnung zu Rastersondenmikroskopen Viktoria Kunzelmann

Wechselwirkungen zwischen Sonde und Probe •

Rastertunnelmikroskop

Spannung zwischen Spitze & Probe wird angelegt

→ •

Messung des Tunnelstroms

Rasterkraftmikroskop

Auslenkung der Sonde durch v.a. atomare Van-der-Waals-Kräfte

•

optisches Rasternahfeldmikroskop Wechselwirkung durch evaneszente, nicht-propagierende Wellen

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Aufbauprinzip des SNOM Viktoria Kunzelmann

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Nahfeld vs. Fernfeld Viktoria Kunzelmann

Fernfeld Abstand zu Probe a  λ

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Nahfeld vs. Fernfeld Viktoria Kunzelmann

Fernfeld Abstand zu Probe a  λ typ. 1r -Abhängigkeit des elektromagnetischen Feldes

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Nahfeld vs. Fernfeld Viktoria Kunzelmann

Fernfeld Abstand zu Probe a  λ typ. 1r -Abhängigkeit des elektromagnetischen Feldes propagierende Feld-Ausbreitung

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Nahfeld vs. Fernfeld Viktoria Kunzelmann

Fernfeld Abstand zu Probe a  λ typ. 1r -Abhängigkeit des elektromagnetischen Feldes propagierende Feld-Ausbreitung → Information wird ins Fernfeld getragen

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Nahfeld vs. Fernfeld Viktoria Kunzelmann

Nahfeld Fernfeld Abstand zu Probe a  λ Abstand zu Probe a  λ typ. 1r -Abhängigkeit des elektromagnetischen Feldes propagierende Feld-Ausbreitung → Information wird ins Fernfeld getragen

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Nahfeld vs. Fernfeld Viktoria Kunzelmann

Nahfeld Fernfeld Abstand zu Probe a  λ Abstand zu Probe a  λ Berücksichtigung höherer typ. 1r -Abhängigkeit des Terme r1n elektromagnetischen Feldes propagierende Feld-Ausbreitung → Information wird ins Fernfeld getragen

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Nahfeld vs. Fernfeld Viktoria Kunzelmann

Nahfeld Fernfeld Abstand zu Probe a  λ Abstand zu Probe a  λ Berücksichtigung höherer typ. 1r -Abhängigkeit des Terme r1n elektromagnetischen Feldes Feld nimmt stark mit Abstand ab! propagierende Feld-Ausbreitung → Information wird ins Fernfeld getragen

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Nahfeld vs. Fernfeld Viktoria Kunzelmann

Nahfeld Fernfeld Abstand zu Probe a  λ Abstand zu Probe a  λ Berücksichtigung höherer typ. 1r -Abhängigkeit des Terme r1n elektromagnetischen Feldes Feld nimmt stark mit Abstand ab! propagierende → im Fernfeld nicht Feld-Ausbreitung detektierbar → Information wird ins Fernfeld getragen

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Nahfeld vs. Fernfeld Viktoria Kunzelmann

Nahfeld Fernfeld Abstand zu Probe a  λ Abstand zu Probe a  λ Berücksichtigung höherer typ. 1r -Abhängigkeit des Terme r1n elektromagnetischen Feldes Feld nimmt stark mit Abstand ab! propagierende → im Fernfeld nicht Feld-Ausbreitung detektierbar → Information wird ins → nicht-propagierend Fernfeld getragen = evaneszentes Feld

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Nahfeld-Optik Viktoria Kunzelmann

evaneszentes, exponentiell abklingendes Feld

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Nahfeld-Optik Viktoria Kunzelmann

evaneszentes, exponentiell abklingendes Feld damit Detektion im Fernfeld möglich:

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Nahfeld-Optik Viktoria Kunzelmann

evaneszentes, exponentiell abklingendes Feld damit Detektion im Fernfeld möglich: •

Umwandlung des evaneszenten Feldes in propagierendes Feld

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Nahfeld-Optik Viktoria Kunzelmann

evaneszentes, exponentiell abklingendes Feld damit Detektion im Fernfeld möglich: •

Umwandlung des evaneszenten Feldes in propagierendes Feld

•

Verwendung einer Sonde mit Önung

aλ

d λ

im Abstand

zum Objekt

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Nahfeld-Optik Viktoria Kunzelmann

evaneszentes, exponentiell abklingendes Feld damit Detektion im Fernfeld möglich: •

Umwandlung des evaneszenten Feldes in propagierendes Feld

•

Verwendung einer Sonde mit Önung

aλ

d λ

im Abstand

zum Objekt

⇒ Wechselwirkung von Licht aus subwellenlängengroÿer

Apertur mit Objekt in direkter Umgebung

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Nahfeld-Optik Viktoria Kunzelmann

evaneszentes, exponentiell abklingendes Feld damit Detektion im Fernfeld möglich: •

Umwandlung des evaneszenten Feldes in propagierendes Feld

•

Verwendung einer Sonde mit Önung

aλ

d λ

im Abstand

zum Objekt

⇒ Wechselwirkung von Licht aus subwellenlängengroÿer

Apertur mit Objekt in direkter Umgebung ⇒ Nahfeld-Optik erlaubt hohe räumliche & spektrale Auösung 9 / 29

SNOM-Spitzen Viktoria Kunzelmann

Glasfaser mit Metall-Beschichtung

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SNOM-Spitzen Viktoria Kunzelmann

Glasfaser mit Metall-Beschichtung Önung am Ende der Spitze kleiner als Wellenlänge des eingekoppelten Lichts

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SNOM-Spitzen Viktoria Kunzelmann

Glasfaser mit Metall-Beschichtung Önung am Ende der Spitze kleiner als Wellenlänge des eingekoppelten Lichts

⇒ Metallbeschichtung: zwar schlechtere topographische

Auösung, aber bessere Lichtbündelung und weniger Irrstrahlung

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Ansprüche an Spitzen Viktoria Kunzelmann

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Ansprüche an Spitzen Viktoria Kunzelmann

hohe Beständigkeit der Spitze

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Ansprüche an Spitzen Viktoria Kunzelmann

hohe Beständigkeit der Spitze kein seitliches Austreten von Licht (möglichst defekt-freie Metallschicht)

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Ansprüche an Spitzen Viktoria Kunzelmann

hohe Beständigkeit der Spitze kein seitliches Austreten von Licht (möglichst defekt-freie Metallschicht) guter Lichtdurchlass Achtung: intensitätsbedingte Auösungsgrenze bei zu geringer Aperturgröÿe!

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Lichtausbreitung in Glasfaser-Spitze Viktoria Kunzelmann

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Lichtausbreitung in Glasfaser-Spitze Viktoria Kunzelmann

Einkoppeln von CW-Laserlicht passender Wellenlänge

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Lichtausbreitung in Glasfaser-Spitze Viktoria Kunzelmann

Einkoppeln von CW-Laserlicht passender Wellenlänge kegelförmiger, metall-beschichteter dielektrischer Wellenleiter = Single-Mode-Faser

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Lichtausbreitung in Glasfaser-Spitze Viktoria Kunzelmann

Einkoppeln von CW-Laserlicht passender Wellenlänge kegelförmiger, metall-beschichteter dielektrischer Wellenleiter = Single-Mode-Faser wegen konstanter Abnahme des Durchmessers: eine Mode nach der anderen verschwindet, bis sich nur noch letzte HE11 -Mode ausbreitet 12 / 29

Lichtausbreitung in Glasfaser-Spitze Viktoria Kunzelmann

Einkoppeln von CW-Laserlicht passender Wellenlänge kegelförmiger, metall-beschichteter dielektrischer Wellenleiter = Single-Mode-Faser wegen konstanter Abnahme des Durchmessers: eine Mode nach der anderen verschwindet, bis sich nur noch letzte HE11 -Mode ausbreitet → evaneszente Welle an Spitze, stark lokalisiert auf direkte Umgebung der Apertur 12 / 29

Abstandsregulierung - Auswirkung des Abstands auf Auösung Viktoria Kunzelmann

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Abstandsregulierung - Auswirkung des Abstands auf Auösung Viktoria Kunzelmann

Je näher die Sonde an der Probe, desto besser die Auösung.

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Abstandsregulierung Viktoria Kunzelmann

Scherkraft-Rückkopplung

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Abstandsregulierung Viktoria Kunzelmann

Scherkraft-Rückkopplung

Anregung der Spitze zu Schwingung mit Eigenresonanzfrequenz (mithilfe eines Piezoelements)

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Abstandsregulierung Viktoria Kunzelmann

Scherkraft-Rückkopplung

Anregung der Spitze zu Schwingung mit Eigenresonanzfrequenz (mithilfe eines Piezoelements) Dämpfung der Oszillation sobald Abstand Probe-Spitze geringer wird (∼ 5 − 15 nm)

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Abstandsregulierung Viktoria Kunzelmann

Scherkraft-Rückkopplung

Anregung der Spitze zu Schwingung mit Eigenresonanzfrequenz (mithilfe eines Piezoelements) Dämpfung der Oszillation sobald Abstand Probe-Spitze geringer wird (∼ 5 − 15 nm) Regelkreis reguliert Abstand bis Soll-Abstand wieder erreicht 14 / 29

Betriebsmöglichkeiten des Nahfeldmikroskops Beleuchtungs- und Sammelmodus Viktoria Kunzelmann

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A) Beleuchtungsmodus Viktoria Kunzelmann

lokale Beleuchtung der Probe durch Nahfeld-Spitze

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A) Beleuchtungsmodus Viktoria Kunzelmann

lokale Beleuchtung der Probe durch Nahfeld-Spitze transmittiertes/reektiertes Licht wird im Fernfeld mit gewöhnlicher Optik detektiert

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A) Beleuchtungsmodus Viktoria Kunzelmann

lokale Beleuchtung der Probe durch Nahfeld-Spitze transmittiertes/reektiertes Licht wird im Fernfeld mit gewöhnlicher Optik detektiert Nahfeld durch Sonde bestimmt 16 / 29

A) Beleuchtungsmodus Viktoria Kunzelmann

lokale Beleuchtung der Probe durch Nahfeld-Spitze transmittiertes/reektiertes Licht wird im Fernfeld mit gewöhnlicher Optik detektiert Nahfeld durch Sonde bestimmt relativ geringes Rauschen wegen lokaler Illumination 16 / 29

B) Sammelmodus Viktoria Kunzelmann

Probe wird extern beleuchtet

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B) Sammelmodus Viktoria Kunzelmann

Probe wird extern beleuchtet Nahfeld wird lokal mit Nahfeldsonde detektiert

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B) Sammelmodus Viktoria Kunzelmann

Probe wird extern beleuchtet Nahfeld wird lokal mit Nahfeldsonde detektiert Nahfeld durch Probe bestimmt

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B) Sammelmodus Viktoria Kunzelmann

Probe wird extern beleuchtet Nahfeld wird lokal mit Nahfeldsonde detektiert Nahfeld durch Probe bestimmt relativ hohes Rauschen durch globale Beleuchtung → schlechteres Nahfeldsignal 17 / 29

Unterschiedliche resultierende Bilder Viktoria Kunzelmann

Aufgrund verschiedener Beleuchtungsarten ⇒ unterschiedlich aussehende Aufnahmen

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Unterschiedliche resultierende Bilder Viktoria Kunzelmann

Aufgrund verschiedener Beleuchtungsarten ⇒ unterschiedlich aussehende Aufnahmen

Abbildung: Aufnahme von subwellenlängengroÿen Ringen

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Unterschiedliche resultierende Bilder Viktoria Kunzelmann

Aufgrund verschiedener Beleuchtungsarten ⇒ unterschiedlich aussehende Aufnahmen

Abbildung: Aufnahme von subwellenlängengroÿen Ringen

links:

Aufnahme im Beleuchtungsmodus

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Unterschiedliche resultierende Bilder Viktoria Kunzelmann

Aufgrund verschiedener Beleuchtungsarten ⇒ unterschiedlich aussehende Aufnahmen

Abbildung: Aufnahme von subwellenlängengroÿen Ringen

Aufnahme im Beleuchtungsmodus Aufnahme im Sammelmodus → Beugungsringe in der Mitte der Kreise aufgrund der globalen Illumination links:

rechts:

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften Viktoria Kunzelmann

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Optische Eigenschaften

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften Viktoria Kunzelmann

1

Optische Eigenschaften Aufnahme von Spektren einer Probe möglich

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften Viktoria Kunzelmann

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Optische Eigenschaften Aufnahme von Spektren einer Probe möglich Besonderheit von SNOM (im Gegensatz zu anderen hochauösenden Mikroskopen)

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften - Kontrastmechanismen Viktoria Kunzelmann

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Intensitätskontrast

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften - Kontrastmechanismen Viktoria Kunzelmann

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Intensitätskontrast durch Beobachtung der Intensität

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften - Kontrastmechanismen Viktoria Kunzelmann

2

Intensitätskontrast durch Beobachtung der Intensität Aussage über Transmitivität, Reexion und Änderung des Brechungsindexes einer Probe möglich

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften - Kontrastmechanismen Viktoria Kunzelmann

2

Intensitätskontrast durch Beobachtung der Intensität Aussage über Transmitivität, Reexion und Änderung des Brechungsindexes einer Probe möglich

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Polarisationskontrast

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften - Kontrastmechanismen Viktoria Kunzelmann

2

Intensitätskontrast durch Beobachtung der Intensität Aussage über Transmitivität, Reexion und Änderung des Brechungsindexes einer Probe möglich

3

Polarisationskontrast Untersuchung dichroitischer und doppelbrechender Eigenschaften

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften - Kontrastmechanismen Viktoria Kunzelmann

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Intensitätskontrast durch Beobachtung der Intensität Aussage über Transmitivität, Reexion und Änderung des Brechungsindexes einer Probe möglich

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Polarisationskontrast Untersuchung dichroitischer und doppelbrechender Eigenschaften

• Dichroismus: unterschiedliche Absorption von Licht

abhängig von Polarisation

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Untersuchung verschiedener Probeneigenschaften - Kontrastmechanismen Viktoria Kunzelmann

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Intensitätskontrast durch Beobachtung der Intensität Aussage über Transmitivität, Reexion und Änderung des Brechungsindexes einer Probe möglich

3

Polarisationskontrast Untersuchung dichroitischer und doppelbrechender Eigenschaften

• Dichroismus: unterschiedliche Absorption von Licht

abhängig von Polarisation

• Doppelbrechung: Material trennt Lichtbündel in zwei zueinander ⊥ stehende polarisierte Teilbündel

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Beispiel für kontrast-verbessernde Methode Fluoreszenz-Imaging Viktoria Kunzelmann

Fluoreszenz-Imaging

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Beispiel für kontrast-verbessernde Methode Fluoreszenz-Imaging Viktoria Kunzelmann

Fluoreszenz-Imaging am häugsten verwendete bildgebende Technik zur Darstellung eines chemischen Kontrasts

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Beispiel für kontrast-verbessernde Methode Fluoreszenz-Imaging Viktoria Kunzelmann

Fluoreszenz-Imaging am häugsten verwendete bildgebende Technik zur Darstellung eines chemischen Kontrasts vielversprechende Anwendung zur Untersuchung biologischer Proben

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Beispiel für kontrast-verbessernde Methode Fluoreszenz-Imaging Viktoria Kunzelmann

Fluoreszenz-Imaging am häugsten verwendete bildgebende Technik zur Darstellung eines chemischen Kontrasts vielversprechende Anwendung zur Untersuchung biologischer Proben Beispiel: Nierenzelle eines Hundes

Abbildung: SNOM-Fluoreszenz Bild einer Hunde-Nierenzelle, selektiv angefärbt mit Fuoreszenzfarbsto

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Fluoreszenz-Imaging Viktoria Kunzelmann

Abbildung: SNOM-Fluoreszenz Bild einer Hunde-Nierenzelle, selektiv angefärbt mit Fluoreszenzfarbsto

Markierung einzelner Moleküle durch uoreszierende Substanz

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Fluoreszenz-Imaging Viktoria Kunzelmann

Abbildung: SNOM-Fluoreszenz Bild einer Hunde-Nierenzelle, selektiv angefärbt mit Fluoreszenzfarbsto

Markierung einzelner Moleküle durch uoreszierende Substanz Auösung sehr feiner Strukturen (hier ca. 300 nm)

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Fluoreszenz-Imaging Viktoria Kunzelmann

Abbildung: SNOM-Fluoreszenz Bild einer Hunde-Nierenzelle, selektiv angefärbt mit Fluoreszenzfarbsto

Markierung einzelner Moleküle durch uoreszierende Substanz Auösung sehr feiner Strukturen (hier ca. 300 nm) Schwierigkeit: Eigenuoreszenz oder Fluoreszenzmarkierung notwendig, aber nicht immer möglich 22 / 29

Einschränkungen und Limitationen Viktoria Kunzelmann

Topographische Artefakte •

Intensität des evaneszenten Feldes stark abhängig von Abstand zur Probe

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Einschränkungen und Limitationen Viktoria Kunzelmann

Topographische Artefakte •

Intensität des evaneszenten Feldes stark abhängig von Abstand zur Probe

•

bei scharfen Oberächenstrukturen kann scharfer Kontrast entstehen, obwohl Struktur in Realität nicht so scharf

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Einschränkungen und Limitationen Viktoria Kunzelmann

Topographische Artefakte •

Intensität des evaneszenten Feldes stark abhängig von Abstand zur Probe

•

bei scharfen Oberächenstrukturen kann scharfer Kontrast entstehen, obwohl Struktur in Realität nicht so scharf

→

Überprüfung durch Vergleichsmessung im

Distance Mode

Constant

(CDM)

(CDM-Bild zeigt schwächere Struktur)

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Einschränkungen und Limitationen Viktoria Kunzelmann

geringe Reichweite und Eindringtiefe des Feldes

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Einschränkungen und Limitationen Viktoria Kunzelmann

geringe Reichweite und Eindringtiefe des Feldes nur Oberächenbetrachtungen möglich

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Einschränkungen und Limitationen Viktoria Kunzelmann

geringe Reichweite und Eindringtiefe des Feldes nur Oberächenbetrachtungen möglich Ergebnis abhängig von Qualität der Spitze, Beschädigung der Spitze möglich

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Einschränkungen und Limitationen Viktoria Kunzelmann

geringe Reichweite und Eindringtiefe des Feldes nur Oberächenbetrachtungen möglich Ergebnis abhängig von Qualität der Spitze, Beschädigung der Spitze möglich lange Scandauer, um gröÿere Probenbereiche hochauösend zu scannen

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Zusammenfassung Viktoria Kunzelmann

Vorteile des SNOMs:

sehr hochauösend (bis ∼ 20 nm)

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Zusammenfassung Viktoria Kunzelmann

Vorteile des SNOMs:

sehr hochauösend (bis ∼ 20 nm) Auösung nicht mehr von Wellenlänge des Lichts abhängig, sondern von Aperturgröÿe und Abstand zu Spitze

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Zusammenfassung Viktoria Kunzelmann

Vorteile des SNOMs:

sehr hochauösend (bis ∼ 20 nm) Auösung nicht mehr von Wellenlänge des Lichts abhängig, sondern von Aperturgröÿe und Abstand zu Spitze Probe wird nicht beschädigt

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Zusammenfassung Viktoria Kunzelmann

Vorteile des SNOMs:

sehr hochauösend (bis ∼ 20 nm) Auösung nicht mehr von Wellenlänge des Lichts abhängig, sondern von Aperturgröÿe und Abstand zu Spitze Probe wird nicht beschädigt Probe muss nicht speziell präpariert werden

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Zusammenfassung Viktoria Kunzelmann

Vorteile des SNOMs:

sehr hochauösend (bis ∼ 20 nm) Auösung nicht mehr von Wellenlänge des Lichts abhängig, sondern von Aperturgröÿe und Abstand zu Spitze Probe wird nicht beschädigt Probe muss nicht speziell präpariert werden kein Vakuum notwendig (wie beim REM)

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Zusammenfassung Viktoria Kunzelmann

Vorteile des SNOMs:

sehr hochauösend (bis ∼ 20 nm) Auösung nicht mehr von Wellenlänge des Lichts abhängig, sondern von Aperturgröÿe und Abstand zu Spitze Probe wird nicht beschädigt Probe muss nicht speziell präpariert werden kein Vakuum notwendig (wie beim REM) neben topographischer Auösung auch Gewinnung optischer Informationen einer Probe

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Optisches Nahfeldmikroskop Viktoria Kunzelmann

⇒ seit 80er Jahre bis heute: enorme Bedeutung für Nanowissenschaften Nanochemie, Nanobiologie und Nanomedizin

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Aktuelle Forschung: Kombination mit Superlinsen Viktoria Kunzelmann

Entwicklung eines völlig neuartigen (Infrarot-) Mikroskopieverfahrens (MPI für Biochemie in Martinsried und Universität von Texas, USA)

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Aktuelle Forschung: Kombination mit Superlinsen Viktoria Kunzelmann

Entwicklung eines völlig neuartigen (Infrarot-) Mikroskopieverfahrens (MPI für Biochemie in Martinsried und Universität von Texas, USA) Möglichkeit lebende Zellen zu untersuchen  Blick in Tiefe

ı

: Qualitätskontrolle und Charakterisierung

von Halbleiterchips

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Aktuelle Forschung: Kombination mit Superlinsen Viktoria Kunzelmann

Entwicklung eines völlig neuartigen (Infrarot-) Mikroskopieverfahrens (MPI für Biochemie in Martinsried und Universität von Texas, USA) Möglichkeit lebende Zellen zu untersuchen  Blick in Tiefe

ı

: Qualitätskontrolle und Charakterisierung

von Halbleiterchips

Überwindung bisheriger Auösungsgrenzen durch Kombination einer Superlinse mit Nahfeldmikroskop 27 / 29

Aktuelle Forschung: Kombination mit Superlinsen Viktoria Kunzelmann

Entwicklung eines völlig neuartigen (Infrarot-) Mikroskopieverfahrens (MPI für Biochemie in Martinsried und Universität von Texas, USA) Möglichkeit lebende Zellen zu untersuchen  Blick in Tiefe

ı

: Qualitätskontrolle und Charakterisierung

von Halbleiterchips

Überwindung bisheriger Auösungsgrenzen durch Kombination einer Superlinse mit Nahfeldmikroskop Nahfeld von Objekten unterhalb der Oberäche wird in Umgebung der Nahfeldsonde transportiert 27 / 29

Aktuelle Forschung: Kombination mit Superlinsen Viktoria Kunzelmann

Abbildung:

1 Bild eines Goldlms aufgenommen mit:

A) REM B) Kombination Superlinse & Infrarot-Nahfeld-Mikroskop mit passender Wellenlänge zur Entwicklung der Superlinseneigenschaften C) Kombination Superlinse & Infrarot-Nahfeld-Mikroskop ohne passende Wellenlänge für Superlinseneigenschaften 1

http://www.mpg.de/527563/pressemitteilung200609131?filter_order=LT&research_topic=PA-FF_PA-MW

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Quellen Viktoria Kunzelmann

Hecht, B., Sick B. (2000), Scanning near-eld optical microscopy with aperture probes: Fundamentals and applications, The Journal of chemical physics, 112 Haneder Stephan (2004): SNOM-scanning near eld optical microscope, Seminarvortrag, Universität Regensburg Frey Heinrich Gotthard (2004): Eine hochauösende optische Nahfeld-Sonde für Fluoreszenzmessungen an biologischen Proben, Dissertation an der TU München, MPI für Biochemie Zenobi, R., Deckert, V. (2000): Optische Nahfeldmikroskopie und -spektroskopie als Werkzeug in der chemischen Analytik, Angew. Chem. 2000, 112, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim http: //www.optics.rochester.edu/workgroups/novotny/snom.html http://physics.gu.se/~popok/SPM/Chapter05.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Near-field_scanning_ optical_microscope http: //www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0301282.htm http://www.nano-optics.info/docs/artefact.pdf 29 / 29