Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема нано-FTIR
Схематическое изображение системы нано-FTIR с широкополосным источником инфракрасного излучения.

Нано-FTIR ( наноразмерная инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье, также известная как сканирующая ближнепольная оптическая спектроскопия рассеянного типа ) - это метод сканирующего зонда, который можно рассматривать как комбинацию двух методов: инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) и метод рассеяния. сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (s-SNOM). Как s-SNOM, нано-FTIR основан на атомно-силовой микроскопии.(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 интерферометра Майкельсона, действующего 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 получать гиперспектральные изображения.(то есть 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. Nano-FTIR может выполнять инфракрасную (ИК) спектроскопию материалов в сверхмалых количествах и с наноразмерным пространственным разрешением. [1] Было показано обнаружение одного молекулярного комплекса [2] и чувствительность к одному монослою [3] . Запись инфракрасных спектров в зависимости от положения может использоваться для наноразмерного картирования химического состава образца [4] [5], выполняя локальную сверхбыструю ИК-спектроскопию.[6] и анализ наноразмерного межмолекулярного взаимодействия [7] среди других. Обычно достигается пространственное разрешение от 10 до 20 нм. [4]

химический идентификатор с нано-FTIR
Наноразмерная химическая идентификация с помощью нано-FTIR: локальная спектроскопия, выполненная с помощью нано-FTIR, позволила химически идентифицировать наноразмерное загрязнение - частицу полидиметилсилоксана (PDMS) - рядом с пленкой из поли (метилметакрилата) (PMMA). [4]

Для органических соединений , полимеров , биологических и других мягких веществ спектры нано-FTIR можно напрямую сравнивать со стандартными базами данных FTIR, что позволяет напрямую идентифицировать и характеризовать химические вещества. [4]

Нано-FTIR не требует специальной подготовки проб и обычно проводится в условиях окружающей среды. В нем используется АСМ, работающий в бесконтактном режиме, который по своей сути неразрушающий и достаточно щадящий, чтобы быть пригодным для исследования мягких веществ и биологических образцов. Nano-FTIR может использоваться от ТГц до видимого спектрального диапазона (и не только в инфракрасном, как следует из названия) в зависимости от требований приложения и наличия широкополосных источников. Нано-FTIR дополняет рамановскую спектроскопию с усилением наконечника (TERS), SNOM , AFM-IRи другие методы сканирующего зонда, позволяющие выполнять вибрационный анализ .

Основные принципы [ править ]

Принципы исследования ближнего поля: образец анализируется путем рассеяния на остром зонде с внешней подсветкой.

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 интерферометра Майкельсона , а зеркало на пьезоэлементе помещается в другое, эталонное плечо. Запись сигнала обратного рассеяния при переводе опорного зеркала дает интерферограмму . Последующее преобразование Фурье этой интерферограммы возвращает спектры ближнего поля образца.

Спектры поглощения нано-FTIR и FTIR в дальней зоне (модальность НПВО), измеренные на одном и том же образце полимера, демонстрируют хорошее совпадение.

Размещение предметного столика в одном из плеч интерферометра (а не вне интерферометра, как это обычно делается в обычном FTIR ) является ключевым элементом нано-FTIR. Он усиливает слабый сигнал ближнего поля из-за интерференции с сильным опорным 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 фазовые 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 мягкой материиобразцы (органические вещества, полимеры, биоматериалы и т. д.), φ напрямую связано с поглощением в материале образца. [9] [10] Это позволяет напрямую сравнивать нано-FTIR-спектры со стандартными спектрами поглощения материала образца, [4], таким образом, обеспечивая простую спектроскопическую идентификацию в соответствии со стандартными базами данных FTIR.

История [ править ]

Нано-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 спектры среднего ИК-диапазона 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, после наложения двух импульсных цуг, излучаемых волоконным лазером, легированным Er . [1] Этот источник также позволил в 2011 году провести первую оценку наноразмерных спектров SiC с превосходным качеством и спектральным разрешением. [15] В то же время Huth et al. [16] в лаборатории Р. Хилленбранда использовали ИК-излучение от простой светящейся полосы.источник в сочетании с принципами спектроскопии с преобразованием Фурье для записи ИК-спектров кремния, легированного p-примесью, и его оксидов в полупроводниковом приборе. В этой же работе впервые был введен термин нано-FTIR. Однако недостаточная спектральная освещенность источников тлеющих полос ограничивала применимость метода к обнаружению сильно резонансных возбуждений, таких как фононы; [17] и ранние источники инфракрасного излучения суперконтинуума, 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 высокотемпературного источника аргоновой дуги (также известного 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.

Гиперспектральное изображение смеси сополимеров, полученное методом нано-FTIR [20]

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 с FTIR-спектрами дальнего поля, благодаря асимметрии нано-FTIR-спектрометра, который обеспечивает фаза и, таким образом, дает доступ к молекулярной абсорбции. [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 гетерогенных образцов. [24]

Дополнительный импульс развитию нано-FTIR явился благодаря использованию синхротронного излучения, которое обеспечивает чрезвычайно широкую полосу пропускания, но за счет более слабого ИК-спектрального излучения по сравнению с широкополосными лазерными источниками. [25] [26] [27] [28]

Коммерциализация [ править ]

Nano-FTIR, интегрированный с s-SNOM ( neaSNOM ), при этом все три базовых компонента отмечены стрелками.

Технология нано-FTIR была коммерциализирована neaspec - немецкой дочерней компанией Института биохимии Макса Планка, основанной Оцеличем, Хилленбрандом и Кейлманном в 2007 году и основанной на оригинальном патенте Оселича и Хилленбранда. [11] Модуль обнаружения, оптимизированный для широкополосных источников освещения, был впервые представлен в 2010 году как часть стандартной системы 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 все 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. Сверхбыстрый нано-FTIR - это готовое к использованию обновление для нано-FTIR, позволяющее проводить нано-спектроскопию 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 [ править ]

Интеграция синхротронных пучков [ править ]

Системы нано-FTIR могут быть легко интегрированы в пучки синхротронного излучения . 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 доводит пространственное разрешение до масштаба 10-20 нм (по сравнению с ~ 2-5 мкм в микроспектроскопии), который использовался для широкополосной пространственно-разрешенной спектроскопии кристаллических [25] [26] и фазовых переходов. [30] материалы, полупроводники, [28]минералы, [31] биоминералы и белки. [27]

Сверхбыстрая спектроскопия [ править ]

Нано-FTIR очень подходит для выполнения локальной сверхбыстрой спектроскопии зонда накачки из-за интерферометрического детектирования и собственной 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 [ править ]

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. При наличии адекватной модели взаимодействия зонд-образец [36] и известных параметров измерения (например, амплитуды постукивания, порядка демодуляции, эталонного материала и т. Д.) Диэлектрическая проницаемость образцаможет быть определена как решение простого полиномиального уравнения [37]

Подземный анализ [ править ]

Методы ближнего поля, в том числе 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 таких диапазонах зондирования s-SNOM способен обнаруживать подповерхностные особенности в некоторой степени, [38] [39] [40] [41], что может быть использовано для исследования образцов, покрытых тонкими защитными слоями. , [42] или скрытые полимеры, [43] [44] среди других.

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 с несколькими порядками демодуляции, которые естественным образом возвращаются нано-FTIR в процессе подавления фона . Было показано, что более высокие гармоники исследуют меньшие объемы ниже наконечника, тем самым кодируя объемную структуру образца. [45] Таким образом, нано-FTIR демонстрирует способность восстанавливать толщину и диэлектрическую проницаемость слоистых пленок и наноструктур,[45], который был использован для наноразмерного профилирования многофазных материалов по глубине [46] и устройств с высокотемпературными купратными наноконстрикторами, сформированными сфокусированными ионными пучками . [47] Другими словами, нано-FTIR обладает уникальной способностью восстанавливать ту же информацию о тонкопленочных образцах, которая обычно возвращается с помощью эллипсометрии или импедансной спектроскопии , но с наноразмерным пространственным разрешением. Эта возможность оказалась решающей для разделения различных состояний поверхности в топологических изоляторах. [48]

Работа в жидкости [ править ]

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 путем получения спектров нано-FTIR через покрывающий слой графена поверх поддерживаемого материала или через графен, подвешенный на перфорированной мембране из нитрида кремния (с использованием той же платформы s-SNOM, которая используется в нано-FTIR. ). [49] [50]

Криогенная среда [ править ]

Для раскрытия основ фазовых переходов в сверхпроводниках, коррелированных оксидах, бозе-эйнштейновских конденсатах поверхностных поляритонов и т. Д. Требуются спектроскопические исследования 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. [51]

Особая атмосферная среда [ править ]

Nano-FTIR может работать в различных атмосферных средах, заключая систему в изолированную камеру или перчаточный ящик. Такая операция уже использовалась для исследования компонентов литий-ионных аккумуляторов с высокой реакционной способностью . [46]

Приложения [ править ]

Нано-FTIR имеет множество применений, [52] включая полимеры и полимерные композиты, [4] органические пленки, [53] полупроводники, [16] [27] [28] [47] биологические исследования (клеточные мембраны, структура белков, исследования отдельных вирусов), [2] [27] [54] химия и катализ, [55] фотохимия, [56] минералы и биоминералы, [54] [27] [31] геохимия, [57] коррозия [58] и материаловедение, [5] [23] низкоразмерные материалы, [59] [33]фотоника, [60] [27] накопление энергии, [46] косметика, фармакология и науки об окружающей среде. [61]

Материаловедение и химические науки [ править ]

Nano-FTIR использовался для наноразмерной спектроскопической химической идентификации полимеров [4] и нанокомпозитов [24] для исследования in situ структуры и кристалличности органических тонких пленок [53] для характеристики деформации и релаксации в кристаллических материалах [23] и для пространственного картирования каталитических реакций с высоким разрешением [55] среди прочего.

Биологические и фармацевтические науки [ править ]

Nano-FTIR использовался для исследования вторичной структуры белка, бактериальной мембраны [27], обнаружения и исследования отдельных вирусов и белковых комплексов. [27] Он был применен для обнаружения биоминералов в костной ткани. [54] [27] Нано-FTIR в сочетании с терагерцовым светом также может применяться для визуализации рака и ожогов с высоким оптическим контрастом.

Полупроводниковая промышленность и исследования [ править ]

Nano-FTIR использовался для наноразмерного профилирования свободных носителей и количественного определения концентрации свободных носителей в полупроводниковых устройствах [16] для оценки повреждения ионным пучком в устройствах с наноконстрикторами [47] и общей спектроскопической характеристики полупроводниковых материалов. [28]

Теория [ править ]

Демодуляция высоких гармоник для подавления фона [ править ]

Нано-FTIR интерферометрически обнаруживает свет, рассеянный системой зонд-образец . Мощность на детекторе можно записать как [62]

где - поле ссылки. Рассеянное поле можно записать как

и в нем преобладает паразитное фоновое рассеяние от стержня иглы, шероховатость образца кантилевера и все остальное, что попадает в ограниченный дифракцией фокус луча . Чтобы извлечь сигнал ближнего поля , возникающий из «горячей точки» ниже вершины иглы (которая несет информацию с наноразмерным разрешением о свойствах образца), небольшая гармоническая модуляция высоты иглы H (т. Е. Колебание кончика) с частота Ω и сигнал детектора демодулируется на более высоких гармониках этой частоты n Ω с n = 1,2,3,4, ... Фон практически нечувствителен к небольшим изменениям высоты наконечника и почти полностью устраняется для достаточно высокие порядки демодуляции (обычно). Математически это можно показать, разложив и в ряд Фурье, который дает следующее (приближенное) выражение для демодулированного сигнала детектора:

где - комплексное число, которое получается путем комбинирования синхронизированных сигналов амплитуды, и фазы ,, является n-м коэффициентом Фурье вклада ближнего поля, а CC обозначает 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 [ править ]

Чтобы получить спектр, эталонное зеркало непрерывно перемещается во время записи демодулированного сигнала детектора в зависимости от положения эталонного зеркала , что дает интерферограмму . Таким образом , фаза опорного поля изменяется в соответствии с для каждого спектрального компонента опорного поля и сигнала детектора , таким образом , может быть записана в виде [63]

где - эталонное поле при нулевой задержке . Чтобы получить спектр нано-FTIR, интерферограмма преобразуется Фурье по отношению к . 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 [ править ]

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. Контрастные спектры ближнего поля зависят почти исключительно от диэлектрических свойств материала образца и могут использоваться для его идентификации и определения характеристик.

Абсорбционная спектроскопия нано-FTIR [ править ]

Для описания контрастов ближнего поля для оптически тонких образцов, состоящих из полимеров, органических веществ, биологического вещества и другой мягкой материи (так называемые слабые осцилляторы), сигнал ближнего поля с хорошим приближением можно выразить как: [37]

,

где - функция отклика поверхности, которая зависит от комплексной диэлектрической функции 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. Это означает, что спектр мнимой части контраста ближнего поля похож на обычный ИК-Фурье спектр поглощения 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 вблизи соответствующих поверхностных поверхностных резонансов это соотношение может не выполняться. В таких случаях простое соотношение между и не может быть получено, что требует моделирования взаимодействия зонд-образец для спектроскопической идентификации таких образцов. [41]

Аналитическое и численное моделирование [ править ]

Значительные усилия были приложены к моделированию электрического поля нано-FTIR и сложного сигнала рассеяния с помощью численных методов [64] (с использованием коммерческого запатентованного программного обеспечения, такого как CST Microwave Studio , Lumerical FDTD и COMSOL Multiphysics ), а также с помощью аналитических моделей [65] ( например, через приближения конечных диполей и точечных диполей ). Аналитическое моделирование имеет тенденцию быть более упрощенным и неточным, в то время как численные методы более строгие, но требуют больших вычислительных затрат.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Amarie S, Ganz T, Keilmann F (ноябрь 2009 г.). «Средняя инфракрасная спектроскопия ближнего поля» . Оптика Экспресс . 17 (24): 21794–801. Bibcode : 2009OExpr..1721794A . DOI : 10.1364 / oe.17.021794 . PMID  19997423 .
  2. ^ а б в Аменабар И., Поли S, Нюансинг В., Хубрих Э. Х., Говядинов А. А., Хут Ф и др. (2013-12-04). «Структурный анализ и картирование индивидуальных белковых комплексов с помощью инфракрасной наноспектроскопии» . Nature Communications . 4 : 2890. Bibcode : 2013NatCo ... 4.2890A . DOI : 10.1038 / ncomms3890 . PMC 3863900 . PMID 24301518 .  
  3. ^ а б Сюй XG, Ранг М, Крейг И.М., Рашке МБ (июль 2012 г.). «Расширение предела размера образца инфракрасной вибрационной наноспектроскопии: от монослоя к чувствительности отдельной молекулы». Журнал писем по физической химии . 3 (13): 1836–41. DOI : 10.1021 / jz300463d . PMID 26291869 . 
  4. ^ a b c d e f g h i j Huth F, Govyadinov A, Amarie S, Nuansing W., Keilmann F, Hillenbrand R (август 2012 г.). «Нано-FTIR абсорбционная спектроскопия молекулярных отпечатков пальцев при пространственном разрешении 20 нм». Нано-буквы . 12 (8): 3973–8. Bibcode : 2012NanoL..12.3973H . DOI : 10.1021 / nl301159v . PMID 22703339 . 
  5. ^ а б Угарте Л., Сантамария-Эчарт А, Мастель С, Ауторе М, Хилленбранд Р., Коркуера М.А., Эсейса А. (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. DOI : 10.1016 / j.indcrop.2016.11.011 .
  6. ^ a b Сюй XG, Рашке МБ (апрель 2013 г.). «Инфракрасная колебательная динамика ближнего поля и декогеренция с усилением кончика». Нано-буквы . 13 (4): 1588–95. Bibcode : 2013NanoL..13.1588X . DOI : 10.1021 / nl304804p . PMID 23387347 . 
  7. Перейти ↑ Pollard B, Muller EA, Hinrichs K, Raschke MB (апрель 2014 г.). «Вибрационная наноспектроскопическая визуализация коррелирующей структуры с межмолекулярной связью и динамикой» . Nature Communications . 5 : 3587. Bibcode : 2014NatCo ... 5.3587P . DOI : 10.1038 / ncomms4587 . PMC 4071972 . PMID 24721995 .  
  8. ^ Хут F (2015). Nano-FTIR - наноразмерная инфракрасная спектроскопия ближнего поля (Ph.D.). Universidad del Pais Vasco.
  9. ^ Таубнер Т, Хилленбранд Р, Кейлманн Ф (2004-11-22). «Распознавание наноразмерных полимеров по спектральной сигнатуре в ближнепольной микроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне». Письма по прикладной физике . 85 (21): 5064–5066. Bibcode : 2004ApPhL..85.5064T . DOI : 10.1063 / 1.1827334 . ISSN 0003-6951 . 
  10. ^ Карни PS, Deutsch B, Govyadinov AA, Hillenbrand R (январь 2012). «Фаза в нанооптике». ACS Nano . 6 (1): 8–12. DOI : 10.1021 / nn205008y . PMID 22214211 . 
  11. ^ Б WO 2007039210 патент , Ненад Ocelic & Rainer Хилленбранд «Оптический прибор для измерения модулированного светового сигнала», опубликованной 2007-04-12 
  12. ^ Брем M, Шлиссер A, Keilmann F (ноябрь 2006). «Спектроскопическая микроскопия ближнего поля с использованием частотных гребенок в среднем инфракрасном диапазоне» . Оптика Экспресс . 14 (23): 11222–33. Bibcode : 2006OExpr..1411222B . DOI : 10,1364 / OE.14.011222 . PMID 19529536 . 
  13. ^ Keilmann F, Gohle C, Holzwarth R (июль 2004). "Спектрометр с частотной гребенкой среднего инфракрасного диапазона во временной области". Письма об оптике . 29 (13): 1542–4. Bibcode : 2004OptL ... 29.1542K . DOI : 10.1364 / OL.29.001542 . PMID 15259740 . 
  14. ^ Коддингтон я, Ньюбери N, Суонн Вт (2016-04-20). «Двухъядерная спектроскопия» . Optica . 3 (4): 414–426. Bibcode : 2016 Оптический ... 3..414C . DOI : 10.1364 / OPTICA.3.000414 . ISSN 2334-2536 . 
  15. ^ Amarie S (01.01.2011). "Широкополосная инфракрасная оценка фононного резонанса в ближнепольной микроскопии рассеивающего типа". Physical Review B . 83 (4): 045404. Bibcode : 2011PhRvB..83d5404A . DOI : 10.1103 / PhysRevB.83.045404 .
  16. ^ a b c Huth F, Schnell M, Wittborn J, Ocelic N, Hillenbrand R (май 2011 г.). «Инфракрасно-спектроскопическое наноизображение с использованием источника тепла». Материалы природы . 10 (5): 352–6. Bibcode : 2011NatMa..10..352H . DOI : 10.1038 / nmat3006 . PMID 21499314 . 
  17. Перейти ↑ Ishikawa M, Katsura M, Nakashima S, Ikemoto Y, Okamura H (май 2012 г.). «Широкополосная ближнепольная спектроскопия в среднем инфракрасном диапазоне и приложение к фононным резонансам в кварце» . Оптика Экспресс . 20 (10): 11064–72. Bibcode : 2012OExpr..2011064I . DOI : 10.1364 / oe.20.011064 . PMID 22565729 . 
  18. ^ Huth F, Chuvilin A, Schnell M, Amenabar I, Krutokhvostov R, Lopatin S, Hillenbrand R (март 2013 г.). «Резонансные антенные зонды для ближнепольной инфракрасной микроскопии с наконечником». Нано-буквы . 13 (3): 1065–72. Bibcode : 2013NanoL..13.1065H . DOI : 10.1021 / nl304289g . PMID 23362918 . 
  19. Перейти ↑ McIntosh AL, Wofford BA, Lucchese RR, Bevan JW (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 : 2001InPhT..42..509M . DOI : 10.1016 / S1350-4495 (01) 00113-X .
  20. ^ Amenabar I, Poly S, Goikoetxea M, Nuansing W, Lasch P, Hillenbrand R (февраль 2017 г.). «Гиперспектральное инфракрасное наноизображение органических образцов на основе инфракрасной наноспектроскопии с преобразованием Фурье» . Nature Communications . 8 : 14402. Bibcode : 2017NatCo ... 814402A . DOI : 10.1038 / ncomms14402 . PMC 5316859 . PMID 28198384 .  
  21. ^ Keilmann F, Amarie S (2012-04-17). "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 . DOI : 10.1007 / s10762-012-9894-х . ISSN 1866-6892 . S2CID 25305889 .  
  22. ^ Hegenbarth R, Steinmann A, Mastel S, Amarie S, Huber AJ, Hillenbrand R, Sarkisov SY, Giessen H (2014). «Мощные фемтосекундные источники среднего ИК-диапазона для приложений s-SNOM». Журнал оптики . 16 (9): 094003. Bibcode : 2014JOpt ... 16i4003H . DOI : 10.1088 / 2040-8978 / 16/9/094003 .
  23. ^ а б в Бенсманн С., Гаусманн Ф., Левин М., Вуппен Дж., Найга С., Янзен С. и др. (Сентябрь 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 . DOI : 10.1364 / oe.22.022369 . PMID 25321708 . 
  24. ^ a b Amenabar I, Poly S, Goikoetxea M, Nuansing W, Lasch P, Hillenbrand R (февраль 2017 г.). «Гиперспектральное инфракрасное наноизображение органических образцов на основе инфракрасной наноспектроскопии с преобразованием Фурье» . Nature Communications . 8 : 14402. Bibcode : 2017NatCo ... 814402A . DOI : 10.1038 / ncomms14402 . PMC 5316859 . PMID 28198384 .  
  25. ^ a b Герман П., Хель А., Патока П., Хут Ф, Рюль Э, Ульм Г. (февраль 2013 г.). «Визуализация 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 . DOI : 10.1364 / oe.21.002913 . PMID 23481749 . 
  26. ^ a b Перагут Ф, Брубах Дж. Б., Рой П., Де Уайлд Й (2014). «Инфракрасная визуализация в ближнем поле и спектроскопия на основе теплового или синхротронного излучения». Письма по прикладной физике . 104 (25): 251118. Bibcode : 2014ApPhL.104y1118P . DOI : 10.1063 / 1.4885416 . ISSN 0003-6951 . 
  27. ^ a b c d e f g h i Bechtel HA, Muller EA, Olmon RL, Martin MC, Raschke MB (май 2014 г.). «Сверхширокополосная инфракрасная наноспектроскопическая визуализация» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (20): 7191–6. Bibcode : 2014PNAS..111.7191B . DOI : 10.1073 / pnas.1400502111 . PMC 4034206 . PMID 24803431 .  
  28. ^ a b c d Герман П., Хель А., Ульрих Г., Флейшманн С., Хермелинк А., Кестнер Б. и др. (Июль 2014 г.). «Характеристика полупроводниковых материалов с использованием ближнепольной инфракрасной микроскопии на основе синхротронного излучения и нано-FTIR-спектроскопии» . Оптика Экспресс . 22 (15): 17948–58. Bibcode : 2014OExpr..2217948H . DOI : 10.1364 / oe.22.017948 . PMID 25089414 . 
  29. ^ Маринкович Н.С., вероятность МР (2006-01-01). «Синхротронная инфракрасная микроскопия». Обзоры по клеточной биологии и молекулярной медицине . Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. DOI : 10.1002 / 3527600906.mcb.200500021 . ISBN 9783527600908.
  30. ^ Гилберт Кордер С.Н., Чен Х, Чжан С., Ху Ф, Чжан Дж, Луан И и др. (Декабрь 2017 г.). "Спектроскопическое исследование двухзонных тяжелых фермионов метаматериалов в ближней зоне" . Nature Communications . 8 (1): 2262. Bibcode : 2017NatCo ... 8.2262G . DOI : 10.1038 / s41467-017-02378-3 . PMC 5741627 . PMID 29273808 .  
  31. ^ Б Hao Z, Бехтель HA, Kneafsey T, Gilbert B, Нико PS (февраль 2018 г. ). «Межмасштабный молекулярный анализ химической неоднородности в сланцевых породах» . Научные отчеты . 8 (1): 2552. Bibcode : 2018NatSR ... 8.2552H . DOI : 10.1038 / s41598-018-20365-6 . PMC 5803189 . PMID 29416052 .  
  32. ↑ Wagner M, Fei Z, McLeod AS, Rodin AS, Bao W, Iwinski EG и др. (Февраль 2014). «Сверхбыстрые и наноразмерные плазмонные явления в расслоенном графене, обнаруженные с помощью инфракрасной наноскопии с накачкой и зондом». Нано-буквы . 14 (2): 894–900. arXiv : 1402.6003 . Bibcode : 2014NanoL..14..894W . DOI : 10.1021 / nl4042577 . PMID 24479682 . S2CID 19561017 .  
  33. ^ a b Ni GX, Wang L, Goldflam MD, Wagner M, Fei Z, McLeod AS и др. (2016). «Сверхбыстрое оптическое переключение инфракрасных плазмон-поляритонов в высокоподвижном графене» . Природа Фотоника . 10 (4): 244–247. Bibcode : 2016NaPho..10..244N . DOI : 10.1038 / nphoton.2016.45 .
  34. ^ Eisele M, Cocker TL, Huber MA, Plankl M, Viti L, Ercolani D, et al. (2014). «Сверхбыстрая мультитерагерцовая наноспектроскопия с субцикловым временным разрешением». Природа Фотоника . 8 (11): 841–845. arXiv : 1604.04304 . Bibcode : 2014NaPho ... 8..841E . DOI : 10.1038 / nphoton.2014.225 . S2CID 119285417 . 
  35. ^ Tranca DE, Stanciu SG, Hristu R, Стойкицэ C, Tofail SA, Stanciu GA (июль 2015). «Количественное определение диэлектрической проницаемости с высоким разрешением с помощью сканирующей ближнепольной оптической микроскопии с высоким разрешением» . Научные отчеты . 5 : 11876. Bibcode : 2015NatSR ... 511876T . DOI : 10.1038 / srep11876 . PMC 5155613 . PMID 26138665 .  
  36. ^ Cvitkovic A, Ocelic N, Hillenbrand R (июль 2007). «Аналитическая модель для количественного предсказания материальных контрастов в ближнепольной оптической микроскопии рассеянного типа» . Оптика Экспресс . 15 (14): 8550–65. Bibcode : 2007OExpr..15.8550C . DOI : 10.1364 / oe.15.008550 . PMID 19547189 . 
  37. ^ a b Говядинов А.А., Аменабар I, Хут Ф., Карни П.С., Хилленбранд Р. (май 2013 г.). «Количественное измерение локального инфракрасного поглощения и диэлектрической функции с помощью микроскопии ближнего поля с усилением наконечника». Журнал писем по физической химии . 4 (9): 1526–31. CiteSeerX 10.1.1.666.8910 . DOI : 10.1021 / jz400453r . PMID 26282309 .  
  38. ^ Taubner T, Keilmann F, Hillenbrand R (октябрь 2005). "Наноразмерное разрешение подповерхностных изображений с помощью ближнепольной оптической микроскопии рассеянного типа" . Оптика Экспресс . 13 (22): 8893–9. Bibcode : 2005OExpr..13.8893T . DOI : 10.1364 / opex.13.008893 . PMID 19498922 . 
  39. ^ Юнг л, Хауэр В, Ли Р, Bornhöfft М, Майер Дж, Taubner Т (март 2016). «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 . DOI : 10.1364 / oe.24.004431 . PMID 29092272 .  
  40. ^ Krutokhvostov R, Govyadinov А.А., Stiegler JM, Хут F, Чувилин A, Карни PS, Hillenbrand R (январь 2012). «Повышенное разрешение в подповерхностной ближнепольной оптической микроскопии» . Оптика Экспресс . 20 (1): 593–600. Bibcode : 2012OExpr..20..593K . DOI : 10.1364 / oe.20.000593 . PMID 22274381 . 
  41. ^ а б Чжан Л.М. (01.01.2012). «Ближнепольная спектроскопия тонких пленок диоксида кремния». Physical Review B . 85 (7): 075419. arXiv : 1110.4927 . Bibcode : 2012PhRvB..85g5419Z . DOI : 10.1103 / PhysRevB.85.075419 . S2CID 37170378 . 
  42. ^ Левин М., Хауэр Б., Борнхёффт М., Юнг Л., Бенке Дж., Мишель А.К. и др. (2015-10-12). «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 : 2015ApPhL.107o1902L . DOI : 10.1063 / 1.4933102 . ISSN 0003-6951 . 
  43. ^ Хо К., Ким К.С., Гилбурд Л., Мирзоян Р., де Бир С., Уокер Г.К. (2019-05-10). "Наноразмерные морфологии подповерхностных слоев в тонких пленках блок-сополимеров, выявленные с помощью комбинированной ближнепольной инфракрасной микроскопии и механического картирования". Прикладные полимерные материалы ACS . 1 (5): 933–938. DOI : 10.1021 / acsapm.9b00189 .
  44. ^ Mester л, Govyadinov А.А., Чен S, Гойкоэчеы М, Р Хилленбранда (июль 2020). «Подповерхностная химическая наноидентификация методом нано-FTIR-спектроскопии» . Nature Communications . 11 (1): 3359. DOI : 10.1038 / s41467-020-17034-6 . PMC 7335173 . PMID 32620874 .  
  45. ^ a b Говядинов А.А., Мастел С, Голмар Ф, Чувилин А, Карни П.С., Хилленбранд Р. (июль 2014 г.). «Восстановление диэлектрической проницаемости и глубины из данных ближнего поля как шаг к инфракрасной нанотомографии». ACS Nano . 8 (7): 6911–21. DOI : 10.1021 / nn5016314 . PMID 24897380 . 
  46. ^ a b c Lucas IT, McLeod AS, Syzdek JS, Middlemiss DS, Gray CP, Basov DN, Kostecki R (январь 2015 г.). «ИК-спектроскопия в ближнем поле и визуализация одиночных микрокристаллов Li (x) FePO4». Нано-буквы . 15 (1): 1–7. Bibcode : 2015NanoL..15 .... 1л . DOI : 10.1021 / nl5010898 . PMID 25375874 . 
  47. ^ a b c Gozar A, Litombe NE, Hoffman JE, Božović I (март 2017 г.). «Оптический Наноскопия высоких Т с купратом Nanoconstriction Devices узорчатого гелием ионных пучками». Нано-буквы . 17 (3): 1582–1586. arXiv : 1703.02101 . Bibcode : 2017NanoL..17.1582G . DOI : 10.1021 / acs.nanolett.6b04729 . PMID 28166407 . S2CID 206737748 .  
  48. ^ Mooshammer F, Sandner F, Huber MA, Zizlsperger M, Weigand H, Plankl M и др. (Декабрь 2018 г.). "Наноразмерная ближнепольная томография поверхностных состояний на (Bi 0,5 Sb 0,5 ) 2 Te 3 " (PDF) . Нано-буквы . 18 (12): 7515–7523. Bibcode : 2018NanoL..18.7515M . DOI : 10.1021 / acs.nanolett.8b03008 . PMID 30419748 .  
  49. ^ Хатиб О., Вуд Дж. Д., Маклеод А. С., Голдфлам М. Д., Вагнер М., Дамхорст Г. Л. и др. (Август 2015 г.). «Платформа на основе графена для инфракрасной ближнепольной наноспектроскопии воды и биологических материалов в водной среде». ACS Nano . 9 (8): 7968–75. arXiv : 1509.01743 . DOI : 10.1021 / acsnano.5b01184 . PMID 26223158 . S2CID 30158736 .  
  50. ^ Лу YH, Larson JM, Baskin A, Zhao X, Ashby PD, Prendergast D, et al. (Август 2019 г.). «Инфракрасная наноспектроскопия на границе графен-электролит» . Нано-буквы . 19 (8): 5388–5393. Bibcode : 2019NanoL..19.5388L . DOI : 10.1021 / acs.nanolett.9b01897 . PMID 31306028 . 
  51. ^ Маклеода А.С., Ван Heumen Е, Рамирес Ю.Г., Ван S, Saerbeck Т, Генон С, и др. (2017). «Сосуществование нанотекстурированных фаз в коррелированном изоляторе V2O3» . Физика природы . 13 (1): 80–86. Bibcode : 2017NatPh..13 ... 80М . DOI : 10.1038 / nphys3882 .
  52. Перейти ↑ Muller EA, Pollard B, Raschke MB (апрель 2015 г.). "Инфракрасное химическое нано-изображение: доступ к структуре, взаимодействию и динамике в масштабах молекулярной длины". Журнал писем по физической химии . 6 (7): 1275–84. DOI : 10.1021 / acs.jpclett.5b00108 . PMID 26262987 . 
  53. ^ a b Вестермайер C, Чернеску A, Амари S, Левальд C, Кейлманн F, Никель B (июнь 2014 г.). «Сосуществование субмикронных фаз в тонких пленках органических соединений с малыми молекулами, выявленное с помощью инфракрасного нано-изображения» . Nature Communications . 5 : 4101. Bibcode : 2014NatCo ... 5.4101W . DOI : 10.1038 / ncomms5101 . PMC 4082641 . PMID 24916130 .  
  54. ^ a b c Амари С., Заслански П., Кадихара Ю., Грисшабер Е., Шмаль В. В., Кейлманн Ф (2012-04-05). «Нано-FTIR химическое картирование минералов в биологических материалах» . Журнал нанотехнологий Бейльштейна . 3 (1): 312–23. DOI : 10.3762 / bjnano.3.35 . PMC 3343267 . PMID 22563528 .  
  55. ^ a b Wu CY, Wolf WJ, Levartovsky Y, Bechtel HA, Martin MC, Toste FD, Gross E (январь 2017 г.). «Картирование каталитических реакций на отдельных частицах с высоким пространственным разрешением» . Природа . 541 (7638): 511–515. Bibcode : 2017Natur.541..511W . DOI : 10,1038 / природа20795 . PMID 28068671 . S2CID 4452069 .  
  56. ↑ Chen W, Qing G, Sun T (декабрь 2016 г.). «Новое усиление эмиссии, вызванное агрегацией, вызванное сборкой хирального гелеобразователя: от неэмиссионных нановолокон до эмиссионных микропетл». Химические коммуникации . 53 (2): 447–450. DOI : 10.1039 / c6cc08808b . PMID 27966702 . 
  57. ^ Dominguez G, Mcleod AS, Gainsforth Z, Kelly P, Bechtel HA, Keilmann F и др. (Декабрь 2014 г.). «Наноразмерная инфракрасная спектроскопия как неразрушающий зонд внеземных образцов» . Nature Communications . 5 : 5445. Bibcode : 2014NatCo ... 5.5445D . DOI : 10.1038 / ncomms6445 . PMID 25487365 . 
  58. ^ Johnson CM, Böhmler M (2016-07-01). «Нано-FTIR микроскопия и спектроскопические исследования атмосферной коррозии с пространственным разрешением 20 нм». Наука о коррозии . 108 : 60–65. DOI : 10.1016 / j.corsci.2016.02.037 .
  59. ^ Dai S, Fei Z, Ma Q, Rodin AS, Wagner M, McLeod AS и др. (Март 2014 г.). «Перестраиваемые фононные поляритоны в атомарно тонких ван-дер-ваальсовых кристаллах нитрида бора». Наука . 343 (6175): 1125–9. Bibcode : 2014Sci ... 343.1125D . DOI : 10.1126 / science.1246833 . ЛВП : 1721,1 / 90317 . PMID 24604197 . S2CID 4253950 .  
  60. ^ Ли П., Левин М., Кретинин А.В., Колдуэлл Д.Д., Новоселов К.С., Танигучи Т. и др. (Июнь 2015 г.). «Гиперболические фонон-поляритоны в нитриде бора для ближнепольной оптической визуализации и фокусировки» . Nature Communications . 6 : 7507. arXiv : 1502.04093 . Bibcode : 2015NatCo ... 6.7507L . DOI : 10.1038 / ncomms8507 . PMC 4491815 . PMID 26112474 .  
  61. ^ Pletikapić G, Ivošević DeNardis N (2017-01-06). «Применение поверхностных аналитических методов для определения опасной ситуации в Адриатическом море: мониторинг динамики органических веществ и нефтяного загрязнения» (PDF) . Nat. Опасности Earth Syst. Sci . 17 (1): 31–44. Bibcode : 2017NHESS..17 ... 31P . DOI : 10,5194 / nhess-17-31-2017 . ISSN 1684-9981 .  
  62. ^ Ocelic Н, Huber А, Хилленбранд R (2006-09-04). «Псевдогетеродинное детектирование для бесфоновой ближнепольной спектроскопии». Письма по прикладной физике . 89 (10): 101124. Bibcode : 2006ApPhL..89j1124O . DOI : 10.1063 / 1.2348781 . ISSN 0003-6951 . 
  63. ^ Хут F (2015). Nano-FTIR - наноразмерная инфракрасная спектроскопия ближнего поля (Ph.D.). Universidad del Pais Vasco.
  64. ↑ Chen X, Lo CF, Zheng W, Hu H, Dai Q, Liu M (27.11.2017). «Строгое численное моделирование сканирующей ближнепольной оптической микроскопии рассеянного типа и спектроскопии» . Письма по прикладной физике . 111 (22): 223110. DOI : 10,1063 / 1,5008663 . ISSN 0003-6951 . 
  65. ^ Cvitkovic A, Ocelic N, Hillenbrand R (июль 2007). «Аналитическая модель для количественного предсказания материальных контрастов в ближнепольной оптической микроскопии рассеянного типа» . Оптика Экспресс . 15 (14): 8550–65. DOI : 10.1364 / oe.15.008550 . PMID 19547189 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • 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)