Microscopía òptica d'agranada de camp propenc

Diagrama que ilustra l'òptica de camp propenc , en la difracció de la llum provinent de la sonda de fibra NSOM, que mostra la llongitut d'ona de la llum i el camp propenc.

Archiu:Campanile probe vs confocal PLmaps.jpg

Comparació dels mapes de fotoluminiscencia registrats a partir d'una escama de disulfuro de molibdeno utilisant NSOM en una sonda de Campanile (dalt) i microscopía confocal convencional (avall). Barres d'escala: 1 μm.

La microscopía òptica d'agranada de camp propenc ( NSOM / SNOM ) és una tècnica de microscopía per a l'investigació de nanoestructuras que trenca el llímit de resolució de camp lluntà en explotar les propietats de les ones evanescentes. En SNOM, la llum del làser de excitació s'enfoca a través d'una obertura en un diàmetro més chicotet que la llongitut d'ona d'excitació, lo que resulta en un camp evanescente (o camp propenc) en el costat més alluntat de l'obertura. Quan la mostra s'escaneja a una chicoteta distància per baix de l'obertura, la resolució òptica de la llum transmesa o reflectida està llimitada solament pel diàmetro de l'obertura. En particular, la resolució lateral de 20 nm i resolució vertical de 2–5 nm s'han demostrat.

De la mateixa manera que en la microscopía òptica, el mecanisme de contrast es pot adaptar fàcilment per a estudiar diferents propietats, com l'índex de refracció , l'estructura química i l'estrés local. Les propietats dinàmiques també poden estudiar-se en una escala de sublongitud d'ona utilisant esta tècnica.

NSOM/SNOM és una forma de microscopía de sonda d'agranada.

Història

A Edward Hutchinson Synge se li dona crèdit per concebre i desenrollar l'idea d'un instrument d'image que puga captar imàgens per mig de l'excitació i la recopilació de difracció en el camp propenc. La seua idea original, proposta en 1928, es basava en l'us d'una llum intensa casi plana d'un arc baix pressió darrere d'una película metàlica opaca i prima en un chicotet orifici d'aproximadament 100 nm. L'orifici devia permanéixer dins dels 100 nm de la superfície, i l'informació es recopilaria per mig d'escanege punt per punt. Ell va prevore que l'allumenament i el moviment del detector anaren les majors dificultats tècniques. John A. O'Keefe també va desenrollar teories similars en 1956. Va pensar que el moviment del forat de alfiler o del detector quan està tan prop de la mostra seria el problema més provable que podria impedir la realisació de dit instrument. Varen ser Ash i Nicholls els qui, en 1972, varen trencar el llímit de difracció del Abbe utilisant radiació en una llongitut d'ona de 3 cm. Una retícula de llínees es va resoldre en una resolució de λ _0/60. Una década més tart, una palesa sobre un microscopi òptic de camp propenc va ser presentada per Pohl, seguida en 1984 pel primer document que usava radiació visible per a l'exploració de camp propenc. El microscopi òptic de camp propenc (NFO, per les seues sigles en anglés) va involucrar una obertura de llongitut d'ona d'ona en el vèrtiç d'una punta transparent en punta aguda recoberta de metal i un mecanisme de retroalimentación per a mantindre una distància constant d'uns pocs nanómetros entre la mostra i la sonda. Lewis et al. també eren conscients del potencial d'un microscopi NFO en este moment. Ells varen reportar els primers resultats en 1986 confirmant la superresolución. En abdós experiments, detalls per baix de 50 nm (aproximadament λ _0/10) de tamany podrien ser reconeguts.

Teoria

D'acort en la teoria de la formació d'imàgens de Abbe, desenrollada en 1873, la capacitat de resolució d'un component òptic està llimitada en última instància per l'expansió de cada punt d'image per la difracció. A menos que l'obertura del component òptic siga lo suficientment gran per a arreplegar tota la llum difractada, els aspectes més fins de l'image no es correspondran exactament en l'objecte. La resolució mínima (d) per al component òptic està, per lo tant, llimitada pel seu tamany d'obertura i expressada pel criteri de Rayleigh:

$d=0.61\frac{{\lambda }_0}{NA}$

Ací, λ ₀ és la llongitut d'ona en el buit; NA és l'obertura numèrica per al component òptic (màxim 1.3–1.4 per a objectius moderns en un factor d'aument molt alt). Per lo tant, el llímit de resolució és generalment al voltant de λ _0/2 per a la microscopía òptica convencional.

Este tractament solament assumix la llum difractada en el camp lluntà que es propaga sense cap restricció. NSOM utilisa camps evanescentes o no propagadores que existixen solament prop de la superfície de l'objecte. Estos camps duen l'informació espacial d'alta freqüència sobre l'objecte i tenen intensitat que descendixen exponencialment en la distància de l'objecte. Per açò, el detector deu colocar-se molt prop de la mostra en la zona de camp propenc, generalment uns pocs nanómetros. Com a resultat, la microscopía de camp propenc seguix sent principalment una tècnica d'inspecció de superfície. Després, el detector es rastreja a través de la mostra utilisant una etapa piezoelèctrica. L'escanege pot realisar-se a una altura constant o en una altura regulada per mig d'un mecanisme de retroalimentación.