برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۶/۳۱ تا ۱۳۹۷/۰۷/۰۶

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱۸,۴۸۳
  • بازدید این ماه ۵
  • بازدید امروز ۵
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۳۱۸
  • قبول شدگان ۲۷۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۱۴۲
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۸۱
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک (2)

در مقاله پیشین، میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک معرفی گردید و اجزاء و نحوه عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفت. در همین راستا در مقاله حاضر، جنبه های مختلف کاری دستگاه بطور کاملتری بیان شده و قابلیت ها و محدودیت های مطرح در آن، مورد بررسی قرار خواهند گرفت. مقایسه بین میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک با دیگر میکروسکوپ های نوری، تونلی روبشی و نیروی اتمی و بیان کاربردها از دیگر بخش های مقاله حاضر خواهد بود.
مقدمه
در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک با استفاده از تفرق میدان نزدیک که در فواصل کمی از اتم تفرق کننده قابل مشاهده است، تصاویری از سطح ماده ساخته می شود. در این میکروسکوپ ها عکس العمل نور تابیده شده توسط منبع نور به سطح ماده، به وسیله یک فیبر نوری جمع آوری می شود که از آن می توان برای تهیه تصاویر با قدرت تفکیک بسیار بالاتر از میکروسکوپ های نوری معمول استفاده نمود [8]. روش ها و حالات معمول ایجاد تصاویر نوری مثل تصاویر میکروسکوپ نوری، با محدودیت های حد پراش مواجه هستند. اما در میکروسکوپی میدان نزدیک، این موانع برطرف شده و از روش های مختلفی برای ایجاد تصویر استفاده می شود که اجازه غلبه بر محدودیت پراش و رسیدن به رزولوشن فضایی تا مرتبه 10 نانومتر را ایجاد کرده است [9].

1- حالات کاری دستگاه SNOM
بسته به نوع نمونه و حالت عملکردی بدون دریچه و یا با دریچه، چند حالت کاری برای میکروسکوپ SNOM وجود دارد [1].  شکل 1 این حالت های کاری را نشان می دهد.

filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل1- الف) سوزنهای پوشش دار؛ ب)سوزنهای تیز بدون پوشش [2]

1-1- میکروسکوپ میدان نزدیک روبشی دریچه ای:
اولین سیستم میکروسکوپی روبشی میدان نزدیک، نوع دریچه ای (A-SNOM= Aperture SNOM) است. با وجود مشکلات فراوان در رابطه با سوزن های دریچه دار؛ نظیر گرم شدن، عیوب زمان ساخت، کنتراست، حساسیت، توپولوژی و تداخل؛ این حالت کاری هنوز از محبوبیت زیادی برخوردار است و تصاویر بسیار خوبی را با وضوح بالا تهیه می کند [3]. در SNOM با دریچه، پنج حالت کاری تابش، جمع آوری، تابش - جمع آوری، بازتاب و بازتاب - جمع آوری را می توان استفاده کرد [1].

filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1
شکل 2- پروب های هرمی شکل میان تهی میدان نزدیک الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی SEM از سوزن هرمی شکل سوار بر کانتیلور، ب) دریچه با قطر 120 نانومتر بزرگنمایی بیشتر تصویر [4]

1-2- میکروسکوپی روبشی میدان نزدیک بدون دریچه:
حالت کاری دیگری که امروزه استفاده می شود، حالت بدون دریچه است. سوزن های استفاده شده در مدل بدون دریچه، بسیار تیز هستند و پوشش فلزی ندارند. تجهیز و استفاده از این حالت نیز پیچیده تر است.

filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9
شکل3- تصویر سوزن SNOM ا[5]

در SNOM بدون دریچه، چهارحالت تونل زنی فوتونی (PSTM) استفاده می شود که عبارتند از [1]:
- حالت تونل زنی فوتونی (PSTM) بوسیله سوزن شفاف تیز
- حالت تونل زنی فوتونی (PSTM) بوسیله سوزن مات
- حالت تداخلی
- حالت تابش - بازتاب
در شکل 4، چند حالت کاری مرسوم این دستگاه نشان داده شده است.

filereader.php?p1=main_13207e3d5722030f6
شکل4- حالات متفاوت کاری در SNOM: الف)عبوری؛ ب) جمع آوری؛ ج) بازتابی؛ د) عبوری- جمع آوری؛ هـ) میکروسکوپی تونل زنی فوتونی روبشی [6].

1-3- بررسی حالات رایج کاری
1-3-1- حالت عبوری:

پرتوی نور با عبور از میان دریچه پروب، از نمونه نیز عبور کرده و زیر نمونه جمع می شود. این حالت عملکرد برای نمونه های شفاف کاربرد دارد [1].

filereader.php?p1=main_ed92eff813a02a31a
شکل5- شمای کلی دستگاه در حالت عملکرد عبوری [6]

1-3-2- حالت بازتابی:
پرتوی نور از یک پروب دی الکتریک به سوی نمونه می تابد. سپس نور بازتاب شده بوسیله عدسی، در میدان دور، و یا بوسیله خود پروب فیبری، در این حالت اغلب سوزن های فیبری بدون پوشش استفاده می شوند، جمع آوری می گردد. شدت نور در این حالت کمتر است و بستگی به سوزن دارد. این حالت کاری فقط برای نمونه های مات قابل استفاده است [1].

filereader.php?p1=main_c6c27fc98633c8257
شکل6- شمای کلی دستگاه در حالت عملکرد بازتابی[6]

1-3-3- حالت جمع آوری:
نمونه بوسیله منبع نوری بزرگ بیرونی، میدان دور، روشن شده و پروب، نور بازتاب شده را جمع آوری می کند.
این حالت کاری برای پایش الکترولومینسانس مناسب است که در آن، برانگیختگی تابش بصورت الکتریکی صورت می گیرد و بوسیله سوزن SNOM جمع آوری می شود [1].

filereader.php?p1=main_46d46a759bf6cbed0
شکل7- شمای کلی دستگاه در حالت عملکرد جمع آوری [6]

1-3-4- حالت نوردهی - جمع آوری:
سیستم دیگری نیز وجود دارد که ساده ترین حالت کاری محسوب می شود و در آن پروب، هم به نمونه تابش می کند، نمونه توسط فیبر نوری روشن می شود، و هم نور بازتابی را جمع آوری می کند. در این حالت که "حالت نوردهی – جمع آوری" است، "حالت انعکاسی" نیز نامیده می شود. در این حالت فیبر هم به عنوان منبع نور و هم جمع آوری کننده نور عمل می کند. بنابراین هر دو وظیفه نوردهی (روشنایی) و جمع آوری نشر میدان نزدیک نمونه، توسط سوزنی مشابه شکل 15، انجام می پذیرد. نور بازتابی از طریق یک جداکننده پرتو (Beam splitter) به یک دیود نوری می رود. در اینجا نور به یک جریان الکتریکی تبدیل می شود. بدین صورت در این سامانه پرتو نور، دو بار از میان یک دریچه با اندازه ای کوچکتر از طول موج عبور می کند. در نتیجه، سیگنالی که به آشکارساز نوری می رسد، شدت بسیار کمی دارد. از این رو روش های تشخیصی با حساسیت بالا نیاز است. چنین ترکیبی از منبع میدان نزدیک با دریافت کننده میدان نزدیک، روش تقریبا نوید بخشی است که رزولوشن فضایی بالایی را تأمین می کند. به کمک این مجموعه می توان به عنوان مثال شدت انعکاس یا فوتولومینسانس نمونه را اندازه گیری نمود. کاربرد دیگر آن اندازه گیری انتشار نور در بلورهای فوتونیک یا هدایت کننده های موجی (Wave guiding) در ساختارهای لیزری است.

برای اندازه گیری فوتولومینسانس، معمولا جهت اجتناب از رسیدن نور لیزر اولیه به آشکارساز، یک مانع قرار داده می شود. می توان با SNOM، نمونه را روبش کرده، طیف نوری هر نقطه از سطح نمونه را جمع آوری نمود تا تمام اطلاعات ممکن بدست آید. در حالت انعکاسی تنها تنظیم لازم کوپل کننده فیبر (Fiber coupler) است که در اینجا باید دقیقا در نوک فیبر متمرکز شود [1, 7-9].

filereader.php?p1=main_2e3f209d4f2bb3466
شکل8- شماتیک SNOM، زمانی که هر دو عمل نوردهی و جمع آوری پرتو نشری، بوسیله یک سوزن انجام می شود [9].

1-3-5- حالت میکروسکوپی تونل زنی روبشی فوتونی (اپتیکی):
اساس عملکرد در این حالت، بسیار شبیه میکروسکوپ تونلی روبشی (STM)، است و شدت نور آشکار شده بصورت نمایی با افزایش فاصله سوزن – نمونه، افت می کند و از این رو به STM فوتونی (PSTM= Photon Scanning Tunneling Microscopy)، معروف شده است.
یک پروب دی الکتریک، با سوزن شفاف بدون پوشش، موج ناپایدار و میرای بوجود آمده در سطح نمونه در اثر بازتاب کلی داخلی را خنثی می کند. در واقع سوزن پروب، به عنوان پراکنده کننده میدان ناپایدار و میرا عمل می کند. قرار دادن نمونه روی سطح دی الکتریک، خصوصیات میدان میرا را تغییر می دهد. هنگام روبش سطح نمونه بوسیله سوزن متصل به بلور پیزوالکتریک، تونل زنی فوتون ها بین سوزن و نمونه، تقویت شده، بوسیله تقویت کننده فوتونی که به انتهای دیگر فیبر متصل است، و بوسیله آشکارساز تشخیص داده می شود. در این حالت اگرچه بکاربردن SNOM آسان است، ولی تفسیر داده ها مشکل خواهد بود [1].

عنوان : میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی(SNOM) نوع متفرق کننده

توضیحات : نوک پروب درمیکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی(SNOM) حالت بدون دیافراگم، می تواند بعنوان متفرق کننده میدان ناپایدار و میرا عمل کند که این منجر به تولید موج های همگن پایدار می شود. اساس عملکرد در این حالت، بسیار شبیه به میکروسکوپ تونلی روبشی می باشد.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه ای 1: میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی (SNOM) نوع متفرق کننده

filereader.php?p1=main_d9a9d61ef9ac1fb46
شکل 9- شمای کلی دستگاه میکروسکوپ تونل زنی فوتونی روبشی. میدان میرای مدوله شده توسط نمونه و باریکه پرتو بازتابش کلی به درون شده، قابل ردیابی است.[3]

با وجود تفاوت های کوچک در طراحی، همه میکروسکوپ های SNOM ویژگی مشترکی دارند. به عنوان نمونه، در همه آنها سوزن نازک نانومتری به عنوان چشمه برانگیختگن فلوئورسانس و جمع کننده نور استفاده می شود. همچنین ساز و کاری مشابهی جهت قرار دادن و نگه داشتن سوزن در فاصله نانومتری از سطح نمونه در حال روبش وجود دارد [1].

filereader.php?p1=main_ad304601e6638bf2b
شکل 10- توپوگرافی نیروی برشی (چپ) و تصویر نوری میدان نزدیک (راست) از نمونه ای با نقاط کوانتومی InAs. ا[10]

تصویر توپوگرافی AFM/SNOM از نمونه InAs/GaAs، با نقاط کوانتومی بدست آمده بوسیله یک میکروسکوپ با عملکردی مشابه شکل4– ب ، در شکل 9، نشان داده شده است. در این روش، از لیزرHeCd با طول موج (λ=442nm)، استفاده شده است. تصویر نوری میدان نزدیک، انباشتگی تابش های بازتابیده از سطح نمونه و نشر لومینسانس (luminescent emission)، را نشان می دهد که با گذار بین سطوح کوانتایز شدن ابعادی، در نقاط InAs، مطابقت دارد. اضافه یک تکفام کننده (monochromator) به میکروسکوپ اجازه می دهد که مطالعات طیف سنجی موضعی نیز انجام پذیرد [9].

2- شباهت ها و تفاوت های میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک با دیگر میکروسکوپ ها
2-1- مقایسه SNOM با میکروسکوپ نوری
همانطور که در گذشته نیز بحث شد، میکروسکوپ های نوری، دارای یک حد نهایی هستند که به آن حد پراش گفته می شود و محاسبات ریاضی آن در سال 1870 توسط ارنست ابه انجام شده است. کوچکترین شیئی که می توان آن را با استفاده از بهترین میکروسکوپ نوری مشاهده نمود، باید از نصف طول موج نوری که برای دیدن آن استفاده می شود، بزرگتر باشد. در میکروسکوپ های نوری روبشی میدان نزدیک، این حد شکسته شده است و می توان به رزولوشن هایی کمتر از 10 نانومتر و مستقل از طول موج بکار گرفته شده، دست پیدا کرد [7].

عنوان : مقایسه میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی(SNOM) و میکروسکوپ نوری

توضیحات : رزولوشن یا حد تفکیک در میکروسکوپ های نوری متداول، به علت پدیده ای به نام حد پراش محدود می شود. بعبارت دیگر اندازه کوچکترین شی ء که توسط میکروسکوپ های نوری قابل مشاهده است، باید بزرگتر ار نصف طول موج باشد. اما در میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی(SNOM)، این محدودیت با کاهش طول موج شکسته می شود. در نتیجه رزولوشن یا حد تفکیک بهتر می شود. رزولوشن در SNOM، به اندازه دیافراگم و فاصله پروب از سطح نمونه وابسته است.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه ای 2 : مقایسه میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی(SNOM) و میکروسکوپ نوری

دو تفاوت اصلی بین روش میکروسکوپی میدان نزدیک و روش مرسوم میکروسکوپی میدان دور وجود دارد:
در میکروسکوپی میدان نزدیک، ناحیه برهمکنش در هر لحظه بسیار کوچکتر از ناحیه برهمکنش در میکروسکوپی میدان دور است؛ همچنین در میکروسکوپی میدان نزدیک، فاصله بین چشمه نور و نمونه، کمتر از طول موج است؛ در حالیکه در میکروسکوپی میدان دور، این فاصله بیشتر است [11].
SNOM تنها دستگاهی است که اندازه گیری های نوری را با رزولوشنی به مراتب بهتر از آنچه که طول موج نور مورد استفاده برای روشنایی و یا آشکارسازی اجازه می دهد، امکان پذیر می سازد. اما برخلاف میکروسکوپ نوری، که کار با آن ساده است، نتایج بدست آمده از SNOM نیاز به ارزیابی دقیق دارد. غالبا تشخیص و خطاهای اندازه گیری، بسیار مشکل است. در اینجا استفاده از طیف نگاری میدان نزدیک (Spectroscopic SNOM)، که نه تنها چگالی نور، بلکه طیف نوری کامل نور برگشتی از نمونه را آشکار می سازد، کار را بسیار آسانتر می کند.
SNOM به یک آشکارساز نوری بسیار حساس نیز نیاز دارد زیرا اندازه سطحی که نور از آن آشکار می شود بسیار کوچک است. وقتی از یک تکرنگ ساز (monochromator) برای جداسازی طول موج های مختلف استفاده می شود، آشکارساز باید به اندازه کافی حساس باشد تا سیگنالی را که شامل فقط چند فوتون در میلی ثانیه باشد، شناسایی کند.
به طور خلاصه، فقط وقتی از SNOM برای اندازه گیری های اپتیکی استفاده می شود که به رزولوشن نوری بالاتری نسبت به میکروسکوپ معمولی، میدان دور، نیاز است.

2-2- مقایسه SNOM با میکروسکوپ نیروی اتمی
علی رغم این حقیقت که SNOM یک میکروسکوپ نوری است، به میکروسکوپ های نیروی اتمی (AFM) بیشتر شباهت دارد تا به میکروسکوپ های نوری متداول. SNOM هم مثل AFM توپوگرافی سطح نمونه را با رزولوشن بسیار بالا در جهت عمودی، آنالیز می کند.

عنوان : مقایسه تصاویر میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی(SNOM) و میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM)

توضیحات : عملکرد میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی(SNOM) بیشتر از اینکه به میکروسکوپ نوری شباهت داشته باشد، شبیه به میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) می باشد. در SNOM و AFM، توپوگرافی سطح نمونه با رزولوشن عمودی بسیار بالایی آنالیز می شود. در SNOM، بطور همزمان جهت گیری و موقعیت ذرات مختلف بوسیله کنتراست شیمیایی تفکیک می شود.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه ای3 : مقایسه تصاویر میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی (SNOM) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)

تفاوت SNOM و AFM در پروبی است که برای روبش سطح استفاده می گردد. AFM از یک " کانتیلور" برای حس کردن توپوگرافی استفاده می کند. اهرم بازویی معمولا یک قطعه سیلیسیم با سوزن بسیار تیز است که بصورت مکانیکی سطح را روبش می کند. این در حالی است که در SNOM به جای سوزن بسیار تیز معمولا از فیبر نوری استفاده می شود.
برخلاف AFM، فیبر نوری نه تنها برای آنالیز توپوگرافی بلکه برای برانگیختگی اپتیکی، آشکارسازی نوری و یا هر دو اینها به کار می رود که به مجموعه SNOM مورد استفاده بستگی دارد.
بر خلاف AFM، SNOM فقط می تواند در حالت دینامیکی کار کند، یعنی سوزن در فرکانس رزونانس خود ارتعاش می کند و فاصله سوزن تا سطح توسط میزان کاهش ارتعاش (damping) اندازه گیری می شود.

AFM و SNOM نه تنها در نوع پروب، بلکه در جهت ارتعاش نسبت به سطح نمونه و همچنین اصول آشکارسازی ارتعاش، با هم تفاوت دارند (سوزن SNOM به دلیل طول نسبتا زیادش برای این کار در زیر سطح مایع نیز مناسب است). جهت اجتناب از تداخل در اندازه گیری های اپتیکی، ارتعاش SNOM بصورت مکانیکی آشکار می شود.
یکی دیگر از تفاوت های میکروسکوپ های SNOM با AFM، در نوع سوزن روبشگر است. سوزن دستگاه AFM، از جنس سیلیکون و سوزن دستگاه SNOM، از یک فیبر نوری تشکیل شده است. برخلاف میکروسکوپ AFM، سوزن دستگاه SNOM، علاوه برتعیین توپوگرافی سطح، برای نوردهی سطح نمونه نیز بکار می رود. در شکل 10، دستگاه SNOM با دستگاه AFM مقایسه شده است [8, 12, 13].

filereader.php?p1=main_52053048decaa0cbd
شکل11- مقایسه سوزن دستگاه های الف)AFM ، ب)SNOM


2-3- مقایسه SNOM با میکروسکوپ تونلی روبشی
امروزه برای SNOM رزولوشن حدود 50 نانومتر به اثبات رسیده است. که نسبت به STM و AFM در سطح پایینتری قرار دارد. اما SNOM اطلاعات ارزشمندی که فقط با کنتراست نوری قابل دسترسی است را در اختیار می گذارد و می بایست SNOM را به عنوان یک ابزار مکمل در نظر گرفت.
در روش SNOM، همانند میکروسکوپ تونلی روبشی (STM)، تصویرگیری در دو حالت شدت جریان ثابت و ارتفاع ثابت انجام می گیرد [8, 12]. اما در میکروسکوپ های پروبی روبشی نظیر STM و AFM، شکل و خواص الکترونیکی نمونه و در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک، سیگنال های نوری مورد بررسی قرار می گیرد [7].

3- مزایای استفاده از میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک
از مزایای میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک ، می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- با بکارگیری خواص امواج ناپایدار و میرا، محدودیت تفکیک میدان دور، در روش میکروسکوپی نوری میدان نزدیک برداشته شده و در ناحیه میدان نزدیک، حد پراش، به آسانی پشت سر گذاشته می شود.
- در بررسی سطح نمونه با استفاده از یک میکروسکوپ در ناحیه میدان نزدیک، وضوح بالایی بدست می آید. لازم به ذکر است که وضوح تصویر بدست آمده، به طول موج نور تابشی وابسته نیست بلکه به اندازه دریچه آشکارساز مربوط می شود. به علاوه می توان با ایجاد تغییر در ابعاد ساختار و استفاده از روزنه ها یا شکاف های کوچک در نزدیک نمونه مورد بررسی، وضوح بالاتری نیز بدست آورد.
- می توان از میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک، در هر نوع محیطی استفاده نمود، بدون اینکه نیاز به انجام فرآیند آماده سازی خاصی بر روی نمونه باشد.
- در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک، از سیگنال های نوری استفاده شده و نمونه مورد نظر عملا مشاهده می شود، در حالی که در میکروسکوپ های پروبی روبشی نظیر STM و AFM، شکل و خواص الکترونیکی نمونه مورد بررسی قرار می گرفت.
- اندازه گیری های طیف نگاری در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک، امکان پذیر است.

عنوان : اندازه گیری های طیف نگاری در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک(SNOM)

توضیحات : یکی از کاربردهای میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک(SNOM)، تجزیه ترکیب شیمیایی مکانی ساختارهای میکروسکوپی یا نانوسکوپی می باشد که از ترکیب این تکنیک با تکنیک های طیف سنجی بدست می آید. در این حالت، یک میدان نزدیک متمرکز شده از نمونه عبور یا منعکس می شود که پس از جمع آوری آن توسط میکروسکوپ معمولی، از یک طیف سنج عبور داده می شود. در نهایت کنتراست شیمیایی با تفکیک بالایی از نمونه بدست می آید.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه ای 4: اندازه گیری های طیف نگاری در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک (SNOM)

- در روش میکروسکوپی نوری میدان نزدیک، عملا سوزن دستگاه با نمونه برخورد نمی کند. به همین دلیل این روش جزء روش های تست غیر مخرب (NDT= Non-Distructive Testing)، طبقه بندی می شوند [7].

4- محدودیت های کاری روش میکروسکوپی نوری میدان نزدیک
روش میکروسکوپی نوری میدان نزدیک، با وجود برخورداری از مزایایی که در فوق ذکر شد، با محدودیت هایی نیز روبروست که از جمله عبارتند از:
- محدوده کاری خیلی کم و عمق کم میدان؛
- محدود به مطالعه سطح ماده؛
- برای مطالعه مواد نرم، به ویژه در حالت کاری نیروی برشی مناسب نیست؛
- برای نمونه های بزرگ و در تصویرگیری با وضوح بالا، زمان روبش طولانی است؛
- در نمونه هایی مانند مواد نیم رسانا، بدلیل نیاز به برقراری حساسیت مناسب و وضوح طیفی خوب در برخی موارد، دمای کاری پایین الزامی است. در چنین شرایطی مشکلات فنی در آزمایش های SNOM به وجود می آید. در این حالت، پروب SNOM باید برای کار در دمای پایین نیز تطابق داشته باشد [14]. از سوی دیگر، سازوکار بازخورد نیروی برشی نیز باید برای کار در دمای پایین مناسب باشد و یا نمونه باید به قدر کافی مسطح باشد تا تصویرگیری در ارتفاع ثابت میسر گردد.

5- کاربردهای میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک
در چند سال اخیر، روش SNOM بطور گسترده ای در زمینه مشخصه یابی نانومواد بکار برده شده است. این روش را می توان با همه روش های معروف در میکروسکوپی نوری کلاسیک مانند روش لومینسانس، پلاریزاسیون و همچنین روش تضاد رنگ، ترکیب نمود و بنابراین میتوان از مزیت روش های متداول تصاد رنگ و وضوح بالاتر بهره برد.

سازوکارهای نوری از نوع تضاد رنگ که بوسیله SNOM، امکان پذیر هستند، شامل جذب، فلوئورسانس، پلاریزاسیون، ضریب شکست و رسانش الکتریکی نوری هستند. به این صورت که با تغییر در پلاریزاسیون نور یا شدت نور بصورت تابعی از طول موج ورودی، می توان از روش های تضاد رنگ استفاده نمود [2, 15, 16].

عنوان : تضاد پلاریزاسیون در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک(SNOM)

توضیحات : یکی ازکاربردهای میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک(SNOM)، تضاد پلاریزاسیون می باشد که جزء سازو کارهای نوری از نوع تغییر رنگ است. در این حالت اشیائی که خاصیت ایزوتروپیک نوری دارند، می توانند انواع کنتراست را نشان دهند. پرتو تابشی با قطبیت خطی در اثر عبور از یک ماده مغناطیسی، به صورت بیضی در می آید.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه ای 5 :تضاد پلاریزاسیون در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک (SNOM)

یا تضاد رنگ را با استفاده از تغییر در ضریب شکست، ضریب بازتاب، تنش موضعی، ساختار شیمیایی و خواص مغناطیسی فراهم کرد. از این روش همچنین در مطالعه خواص دینامیکی در محدوده زیر طول موج می توان استفاده نمود.
SNOM با وضوح بالا، برای بررسی نوری ساختارهای غیر همگن نیمه رسانا- با ابعاد حدود 100 نانومتر، بخوبی قابل استفاده است. بوسیله روش SNOM جمع آوری کننده، می توان آنالیزهای فتولومینسانس (SRPL= Spatial Resolution Photoluminescence) را با وضوح بالا انجام داد که امکان برسی جزئیات ساختارها را فراهم می سازد. در این زمینه نقاط کوانتومی، گزینه های مطلوبی هستند زیرا دارای تراز انرژی مجزا بوده و خطوط فتولومینسانس باریکی را ایجاد می نمایند.
به کمک دستگاه SNOM، تصاویر بسیار خوبی از توپوگرافی نمونه ها با رزولوشن عمودی خوب، بدست می آید. از دیگر کاربردهای SNOM، تهیه تصاویر با رزولوشن بالا از سلول ها، بررسی ساختار فازها در پلیمرهای لایه ای و بررسی ساختار داخلی ژل های پلیمری است. از این دستگاه همچنین در لیتوگرافی نوری برای نوشتن استفاده می شود.

عنوان : کاربرد میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی(SNOM) در دستکاری اتم ها

توضیحات : میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی(SNOM)، امکان تحقیق و دستکاری سطوح مقیاس اتمی را فراهم می کند که از آن برای ایجاد الگوهای نانومتری در نانولیتوگرافی استفاده می شود. استفاده از نور، موثرترین شرط دستکاری اتمهای خنثی در گازها می باشد که با هماهنگ کردن فرکانس نور با انرژی قابل جذب اتم ها، فوتون با اتم برهمکنش می کند.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه ای6 : کاربرد میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی (SNOM) در دستکاری اتم ها

در واقع می توان توپوگرافی و خواص فیزیکی سطوح حساس نوری مانند مقاومت های نوری را به کمک پالس های لیزری گسیل شده از پروب SNOM تغییر داد، که در نتیجه وضوحی که بوسیله سیستم های لیزری و نوری متداول غیرممکن است، بوسیله SNOM بدست می آید [17].

به صورت خلاصه بعضی از کاربردهای دستگاه SNOM عبارتند از [12]:
- تهیه تصاویر با رزولوشن بالا از سلول‌ها
- بررسی ساختار فازها در پلیمرهای لایه‌ای
- بررسی ساختار داخلی ژل‌های پلیمری
- شکل‌دهی پلیمر توسط میکروسکوپ نوری میدان نزدیک
- اسپکتروسکوپی تک مولکول‌ها توسط SNOM

نتیجه گیری
میکروسکوپ روبشی میدان نزدیک، تنها دستگاهی است که اندازه گیری های نوری را با رزولوشنی بهتر از آنچه طول موج نور تابیده برای روشنایی و یا آشکارسازی اجازه می دهد، امکان پذیر می سازد زیرا در این میکروسکوپ ها، وضوح تصویر، به طول موج نور تابشی وابسته نیست بلکه به اندازه دریچه آشکارساز مربوط می شود. در میکروسکوپ روبشی میدان نزدیک بسته به نوع نمونه و وجود دریچه، حالات کاری مختلفی برای ایجاد تصویر وجود دارد. حالات کاری میکروسکوپ روبشی میدان نزدیک با دریچه شامل پنج حالت کاری تابش، جمع آوری، تابش-جمع آوری، بازتاب و بازتاب-جمع آوری و در میکروسکوپ های بدون دریچه، دارای چهار حالت تونل زنی فوتونی (PSTM) می باشد.
روش میکروسکوپ روبشی میدان نزدیک بطور گسترده در زمینه مشخصه یابی نانومواد بکار برده شده است که خلاصه بعضی کاربردهای آن، تهیه تصاویر با رزولوشن بالا از سلول‌ها، بررسی ساختار فازها در پلیمرهای لایه‌ای، بررسی ساختار داخلی ژل‌های پلیمری، شکل‌دهی پلیمر توسط میکروسکوپ نوری میدان نزدیک و اسپکتروسکوپی تک مولکول‌ها می باشد.

در فیلم زیر درباره انواع مدل های SNOM، حالت های عملکردی و کاربردهای این میکروسکوپ توضیح داده شده است.


منابـــع و مراجــــع

1. صدیقه صادق حسنی، مریم حاتمی مصلح آبادی، مجتبی نسب، "روش میکروسکوپی نوری روبشی میدان نزدیک در مطالعه نانومواد"، ماهنامه فناوری نانو، شماره 10، دی 89.

2. G. Kaupp, "Atomic Force Microscopy, Scanning Nearfield Optical Microscopy and Nano scratching: Application to Rough and Natural Surfaces", Heidelberg: Springer. ISBN 3540284052 , (2006.(

3. M.A. Herman, Scanning near field optical microscopy,Opto-Electr.Rev,5,no. 4,1997.

4. Michele Celebrano, Paolo Biagioni, Margherita Zavelani-Rossi, Dario Polli, Massimiliano Labardi, Maria Allegrini, Marco Finazzi, Lamberto Duò, Giulio Cerullo, "Hollow-pyramid based scanning near-field optical microscope coupled to femtosecond pulses: A tool for nonlinear optics at the nanoscale", review of scientific instruments 80, 033704, 2009.

5. http://physics.nist.gov.

6. http://www.azonano.com/.

7. علی شکوه فر، کسری مؤمنی، "مقدمه ای بر نانوتکنولوژی"، نشرگستر، چاپ اول، 1384.

8. علیرضا ذوالفقاری، محمد الماسی، پیروز مرعشی، مهرداد نجبا، امید سیفی، "میکروسکوپ پروبی روبشی آزمایشگاهی روی نوک سوزن"، تهران، پیک نور، (1385).

9. V. L. Mironov ,"Fundamentals of scanning probe microscopy", (2004.(

10. http://www.ntmdt.com/

11. www.cobweb.ecn.purdue.edu/~ece695s/Lectures/Lecture_13.pdf

12. E. Meyer, H. J. Hug, R. Bennewitz, "Scanning Probe Microscopy The Lab on a Tip", USA, Springer, (2003.(

13. www.nano.ir

14. J. A. DeAro, Kenneth D. Weston and Steven K. Buratto, Near-Field Scanning Optical Microscopy of Nanostructures, Department of Chemistry, University of California, Santa Barbara, CA 93106-9510 .

15. http://www.olympusmicro.com/primer/techniques/nearfield/nearfieldintro.html

16. B. Hecht, B.Sick, and U. P. Wild, V. Deckert and R. Zenobi, O. J. F. Martin, D. W. Pohl, "Scanning near-field optical microscopy with aperture probes: Fundamentals and applications", Journal of Chemical Physics, Vol. 112.

17. Kyle Ritter, Near-Field Scanning Optical Microscopy: Basics and Applications Utilizing Single-walled Carbon Nano tubes, Final Report, December 13, 2005.

نظرات و سوالات

نظرات

2 -3

سارا شاکر - ‏۱۳۹۳/۱۰/۳۰

مفید بود . ممنون