برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۸/۰۵/۲۶ تا ۱۳۹۸/۰۶/۰۱

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۰۶۶
  • بازدید این ماه ۹۴
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۳۶
  • قبول شدگان ۱۱۹
  • شرکت کنندگان یکتا ۴۷
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۸۰
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

طرح درس

منابع دومین مرحله نهمین مسابقه ملی فناوری نانو

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک- 2

در مقاله پیشین، میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک معرفی شد و اجزا و نحوه عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفت. در همین راستا در مقاله حاضر، جنبه‌های مختلف کاری دستگاه به طور کامل‌تری بیان شده و قابلیت‌ها و محدودیت‎های مطرح در آن، مورد بررسی قرار خواهند گرفت. مقایسه بین میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک با دیگر میکروسکوپ‎های نوری، تونلی روبشی و نیروی اتمی و بیان کاربردها از دیگر بخش‌های مقاله حاضر خواهد بود.

مقدمه

در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک با استفاده از تفرق میدان نزدیک که در فواصل کمی از اتم تفرق‌کننده قابل مشاهده است، تصاویری از سطح ماده ساخته می‌شود. در این میکروسکوپ‌ها عکس‎العمل نور تابیده شده توسط منبع نور به سطح ماده، به وسیله یک فیبر نوری جمع‎آوری می‌شود که از آن می‎توان برای تهیه تصاویر با قدرت تفکیک بسیار بالاتر از میکروسکوپ‌های نوری معمول استفاده کرد [8]. روش‌ها و حالات معمول ایجاد تصاویر نوری مثل تصاویر میکروسکوپ نوری، با محدودیت‌های حد پراش مواجه هستند. اما در میکروسکوپی میدان نزدیک، این موانع برطرف شده و از روش‌های مختلفی برای ایجاد تصویر استفاده می‌شود 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 یا با دریچه، چند حالت کاری برای میکروسکوپ SNOM وجود دارد [1].  شکل 1 این حالت‌های کاری را نشان می‌دهد.

 


شکل 1- الف) سوزن‌های پوشش‌دار؛ ب) سوزن‌های تیز بدون پوشش [2]

 

1-1- میکروسکوپ میدان نزدیک روبشی دریچه‌ای
اولین سیستم میکروسکوپی روبشی میدان نزدیک، نوع دریچه‌ای (A-SNOM= Aperture SNOM) است. با وجود مشکلات فراوان در رابطه با سوزن‌های دریچه‌دار؛ 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 می‌کند [3]. در SNOM با دریچه، پنج حالت کاری تابش، جمع‌آوری، تابش-جمع‌آوری، بازتاب و بازتاب-جمع‌آوری را می‌توان استفاده کرد [1].

 


شکل 2- پروب‌های 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]

 

2-1- میکروسکوپی روبشی میدان نزدیک بدون دریچه
حالت کاری دیگری که امروزه استفاده می‌شود، حالت بدون دریچه است. سوزن‌های استفاده شده در مدل بدون دریچه، بسیار تیز هستند و پوشش فلزی ندارند. تجهیز و استفاده از این حالت نیز پیچیده‌تر است.

 


شکل 3- تصویر سوزن SNOM ا[5]

 

در SNOM بدون دریچه، چهار حالت تونل‌زنی فوتونی (PSTM) استفاده می‌شود که عبارتند از [1]:
- حالت تونل‎زنی فوتونی (PSTM) به وسیله سوزن شفاف تیز
- حالت تونل‎زنی فوتونی (PSTM) به وسیله سوزن مات
- حالت تداخلی
- حالت تابش - بازتاب

در شکل 4، چند حالت کاری مرسوم این دستگاه نشان داده شده است.

 


شکل4- حالات متفاوت کاری در SNOM: الف)عبوری؛ ب) جمع‎آوری؛ ج) بازتابی؛ د) عبوری- جمع‎آوری؛ هـ) میکروسکوپی تونل‌زنی فوتونی روبشی [6].

 

3-1- 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 می‎شود. این حالت عملکرد برای نمونه‌های شفاف کاربرد دارد [1].

 


شکل 5- شمای کلی دستگاه در حالت عملکرد عبوری [6]

 

2-3-1- حالت بازتابی
پرتوی نور از یک پروب دی‌الکتریک به سوی نمونه می‎تابد. سپس نور بازتاب شده به وسیله عدسی، در میدان دور یا به وسیله خود پروب فیبری جمع‎آوری می‎شود، که در این حالت اغلب سوزن‌های فیبری بدون پوشش استفاده می‌شوند. شدت نور در این حالت کمتر است و بستگی به سوزن دارد. این حالت کاری فقط برای نمونه‌های مات قابل استفاده است [1].



شکل 6- شمای کلی دستگاه در حالت عملکرد بازتابی [6]

 

3-3-1- حالت جمع‌آوری
نمونه به وسیله منبع نوری بزرگ بیرونی، میدان دور، روشن شده و پروب، نور بازتاب شده را جمع‌آوری می‌کند. این حالت کاری برای پایش الکترولومینسانس مناسب است که در آن، برانگیختگی تابش به صورت الکتریکی صورت می‌گیرد و به وسیله سوزن SNOM جمع‌آوری می‌شود [1].

 


شکل 7- شمای کلی دستگاه در حالت عملکرد جمع‌آوری [6]

 

4-3-1- حالت نوردهی - جمع‌آوری
سیستم دیگری نیز وجود دارد که ساده‌ترین حالت کاری محسوب می‌شود و در آن پروب، هم به نمونه تابش می‌کند؛ نمونه توسط فیبر نوری روشن می‌شود و هم نور بازتابی را جمع‌آوری می‌کند. در این حالت که "حالت نوردهی – جمع‌آوری" است، "حالت انعکاسی" نیز نامیده می‌شود. در این حالت فیبر هم به عنوان منبع نور و هم جمع‌آوری‌کننده نور عمل می‌کند. بنابراین هر دو وظیفه نوردهی (روشنایی) و جمع‌آوری نشر میدان نزدیک نمونه، توسط سوزنی مشابه شکل 15، انجام می‌پذیرد. نور بازتابی از طریق یک جداکننده پرتو (Beam splitter) به یک دیود نوری می‌رود. در اینجا نور به یک جریان الکتریکی تبدیل می‌شود. بدین صورت در این سامانه پرتو نور، دو بار از میان یک دریچه با اندازه‌ای کوچک‌تر از طول موج عبور می‌کند. در نتیجه، سیگنالی که به آشکارساز نوری می‌رسد، شدت بسیار کمی دارد. از این‌رو روش‌های تشخیصی با حساسیت بالا نیاز است. چنین ترکیبی از منبع میدان نزدیک با دریافت‌کننده میدان نزدیک، روش تقریباً نویدبخشی است که رزولوشن فضایی بالایی را تأمین می‌کند. به کمک این مجموعه می‌توان به عنوان مثال شدت انعکاس یا فوتولومینسانس نمونه را اندازه‌گیری کرد. کاربرد دیگر آن اندازه‌گیری انتشار نور در بلورهای فوتونیک یا هدایت‌کننده‌های موجی (Wave guiding) در ساختارهای لیزری است.

برای اندازه‌گیری فوتولومینسانس، معمولاً جهت اجتناب از رسیدن نور لیزر اولیه به آشکارساز، یک مانع قرار داده می‌شود. می‌توان با SNOM، نمونه را روبش کرده، طیف نوری هر نقطه از سطح نمونه را جمع‌آوری کرد تا تمام اطلاعات ممکن به دست آید. در حالت انعکاسی تنها تنظیم لازم کوپل‌کننده فیبر (Fiber coupler) است که در اینجا باید دقیقاً در نوک فیبر متمرکز شود [1, 7-9].



شکل 8- شماتیک SNOM، زمانی که هر دو عمل نوردهی و جمع‌آوری پرتو نشری، به وسیله یک سوزن انجام می‌شود [9].

 

5-3-1- حالت میکروسکوپی تونل زنی روبشی فوتونی (اپتیکی)
اساس عملکرد در این حالت، بسیار شبیه میکروسکوپ تونلی روبشی (STM)، است و شدت نور آشکار شده به صورت نمایی با افزایش فاصله سوزن – نمونه، افت می‌کند و از این‌رو به STM فوتونی (PSTM= Photon Scanning Tunneling Microscopy)، معروف شده است.
یک پروب دی‌الکتریک، با سوزن شفاف بدون پوشش، موج ناپایدار و میرای به وجود آمده در سطح نمونه در اثر بازتاب کلی داخلی را خنثی می‌کند. در واقع سوزن پروب، به عنوان پراکنده‌کننده میدان ناپایدار و میرا عمل می‎کند. قرار دادن نمونه روی سطح دی‌الکتریک، خصوصیات میدان میرا را تغییر می‌دهد. هنگام روبش سطح نمونه به وسیله سوزن متصل به بلور پیزوالکتریک، تونل‌زنی فوتون‌ها بین سوزن و نمونه، تقویت شده، به وسیله تقویت‌کننده فوتونی که به انتهای دیگر فیبر متصل است، و به وسیله آشکارساز تشخیص داده می‎شود. در این حالت اگرچه به کار بردن SNOM آسان است، ولی تفسیر داده‎ها مشکل خواهد بود [1].

 


چندرسانه‌ای 1: میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی (SNOM) نوع متفرق‌کننده - نوک پروب در میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی (SNOM) حالت بدون دیافراگم، می‌تواند به عنوان متفرق‌کننده میدان ناپایدار و میرا عمل کند که این منجر به تولید موج‌های همگن پایدار می‌شود. اساس عملکرد در این حالت، بسیار شبیه به میکروسکوپ تونلی روبشی است. 



شکل 9- شمای کلی دستگاه میکروسکوپ تونل‌زنی فوتونی روبشی. میدان میرای مدوله شده توسط نمونه و باریکه پرتو بازتابش کلی به درون شده، قابل ردیابی است [3].

 

با وجود تفاوت‌های کوچک در طراحی، همه میکروسکوپ‌های SNOM ویژگی مشترکی دارند. به عنوان نمونه، در همه آن‌ها سوزن نازک نانومتری به عنوان چشمه برانگیختگن فلوئورسانس و جمع‌کننده نور استفاده می‌شود. همچنین سازوکاری مشابهی جهت قرار دادن و نگه داشتن سوزن در فاصله نانومتری از سطح نمونه در حال روبش وجود دارد [1].

 


شکل 10- توپوگرافی نیروی برشی (چپ) و تصویر نوری میدان نزدیک (راست) از نمونه‌ای با نقاط کوانتومی InAs ا[10].

 

تصویر توپوگرافی AFM/SNOM از نمونه InAs/GaAs، با نقاط کوانتومی به دست آمده به وسیله یک میکروسکوپ با عملکردی مشابه شکل 4–ب، در شکل 9، نشان داده شده است. در این روش، از لیزر HeCd با طول موج (λ=442 nm)، استفاده شده است. تصویر نوری میدان نزدیک، انباشتگی تابش‌های بازتابیده از سطح نمونه و نشر لومینسانس (luminescent emission) را نشان می‌دهد که با گذار بین سطوح کوانتایز شدن ابعادی، در نقاط  InAs، مطابقت دارد. اضافه یک تک‌فام‌کننده (monochromator) به میکروسکوپ اجازه می‌دهد که مطالعات طیف‌سنجی موضعی نیز انجام پذیرد [9].

 

2- شباهت‌ها و تفاوت‌های میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک با دیگر میکروسکوپ‌ها
1-2- مقایسه SNOM با میکروسکوپ نوری
همان‌طور که در گذشته نیز بحث شد، میکروسکوپ‌های نوری، دارای یک حد نهایی هستند که به آن حد پراش گفته می‌شود و محاسبات ریاضی آن در سال 1870 توسط ارنست ابه انجام شده است. کوچک‌ترین شیئی که می‌توان آن را با استفاده از بهترین میکروسکوپ نوری مشاهده کرد، باید از نصف طول موج نوری که برای دیدن آن استفاده می‌شود، بزرگ‌تر باشد. در میکروسکوپ‌های نوری روبشی میدان نزدیک، این حد شکسته شده است و می‌توان به رزولوشن‌هایی کمتر از 10 نانومتر و مستقل از طول موج به کار گرفته شده، دست پیدا کرد [7].

 


چندرسانه‌ای 2: مقایسه میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی (SNOM) و میکروسکوپ نوری - رزولوشن یا حد تفکیک در میکروسکوپ‌های نوری متداول، به علت پدیده‌ای به نام حد پراش محدود می‌شود. به عبارت دیگر اندازه کوچک‌ترین شیئی که توسط میکروسکوپ‎های 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 می‎شود. در نتیجه رزولوشن یا حد تفکیک بهتر می‎شود. رزولوشن در SNOM، به اندازه دیافراگم و فاصله پروب از سطح نمونه وابسته است. 


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 حالی که در میکروسکوپی میدان دور، این فاصله بیشتر است [11].
SNOM تنها دستگاهی است که اندازه گیری‎های نوری را با رزولوشنی به مراتب بهتر از آنچه که طول موج نور مورد استفاده برای روشنایی یا آشکارسازی اجازه می‎دهد، امکان‌پذیر می‎سازد. اما برخلاف میکروسکوپ نوری، که کار با آن ساده است، نتایج بدست آمده از SNOM نیاز به ارزیابی دقیق دارد. غالباً تشخیص و خطاهای اندازه‌گیری، بسیار مشکل است. در اینجا استفاده از طیف‎نگاری میدان نزدیک (Spectroscopic SNOM)، که نه تنها چگالی نور، بلکه طیف نوری کامل نور برگشتی از نمونه را آشکار می‎سازد، کار را بسیار آسان‎تر می‌کند.
SNOM به یک آشکارساز نوری بسیار حساس نیز نیاز دارد زیرا اندازه سطحی که نور از آن آشکار می‎شود بسیار کوچک است. وقتی از یک تک‌رنگ‎ساز (monochromator) برای جداسازی طول موج‎های مختلف استفاده می‎شود، 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 گیری‎های اپتیکی استفاده می‎شود که به رزولوشن نوری بالاتری نسبت به میکروسکوپ معمولی، میدان دور، نیاز است.

 

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

 


چندرسانه‎ای 3: مقایسه تصاویر میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی (SNOM) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) - در SNOM و AFM، توپوگرافی سطح نمونه با رزولوشن عمودی بسیار بالایی آنالیز می‎شود. در SNOM، به‌طور همزمان جهت‎گیری و موقعیت ذرات مختلف به وسیله کنتراست شیمیایی تفکیک می‌شود. 


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

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 نسبتاً زیادش برای این کار در زیر سطح مایع نیز مناسب است). جهت اجتناب از تداخل در اندازه‎گیری‎های اپتیکی، ارتعاش SNOM به صورت مکانیکی آشکار می‎شود.
یکی دیگر از تفاوت‎های میکروسکوپ‌های 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 بر تعیین توپوگرافی سطح، برای نوردهی سطح نمونه نیز به کار می‌رود. در شکل 10، دستگاه SNOM با دستگاه AFM مقایسه شده است [8,12,13].

 


شکل 11- مقایسه سوزن دستگاه‎های الف) AFM ، ب) SNOM


3-2- 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 می‎گذارد و می‌بایست 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 می‌گیرد [8,12]. اما در میکروسکوپ‌های پروبی روبشی نظیر STM و AFM، شکل و خواص الکترونیکی نمونه و در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک، سیگنال‎های نوری مورد بررسی قرار می‎گیرد [7].

 

3- مزایای استفاده از میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک
از مزایای میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک ، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- با به کارگیری 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 می‎شود.
- در بررسی سطح نمونه با استفاده از یک میکروسکوپ در ناحیه میدان نزدیک، وضوح بالایی به دست می‎آید. لازم به ذکر است که وضوح تصویر به دست آمده، به طول موج نور تابشی وابسته نیست بلکه به اندازه دریچه آشکارساز مربوط می‎شود. به علاوه می‎توان با ایجاد تغییر در ابعاد ساختار و استفاده از روزنه‌ها یا شکاف‎های کوچک در نزدیک نمونه مورد بررسی، وضوح بالاتری نیز به دست آورد.
- می‎توان از میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک، در هر نوع محیطی استفاده کرد، بدون این که نیاز به انجام فرآیند آماده‎سازی خاصی بر روی نمونه باشد.
- در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک، از سیگنال‎های نوری استفاده شده و نمونه مورد نظر عملاً مشاهده می‎شود، در حالی که در میکروسکوپ‎های پروبی روبشی نظیر STM و AFM، شکل و خواص الکترونیکی نمونه مورد بررسی قرار می‎گرفت.
- اندازه‎گیری‎های طیف‎نگاری در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک، امکان‎پذیر است.

 


چندرسانه‌ای 4: اندازه‎گیری‎های طیف‎نگاری در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک (SNOM) - یکی از کاربردهای میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک (SNOM)، تجزیه ترکیب شیمیایی مکانی ساختارهای میکروسکوپی یا نانوسکوپی است که از ترکیب این تکنیک با تکنیک‎های طیف‎سنجی به دست می‎آید. در این حالت، یک میدان نزدیک متمرکز شده از نمونه عبور یا منعکس می‎شود که پس از جمع‎آوری آن توسط میکروسکوپ معمولی، از یک طیف‎سنج عبور داده می‎شود. در نهایت کنتراست شیمیایی با تفکیک بالایی از نمونه بدست می‎آید. 


- در روش میکروسکوپی نوری میدان نزدیک، عملاً سوزن دستگاه با نمونه برخورد نمی‎کند. به همین دلیل این روش جزء روش‎های تست غیرمخرب (NDT= Non-Distructive Testing)، طبقه‎بندی می‎شود [7].

 

4- محدودیت‌های کاری روش میکروسکوپی نوری میدان نزدیک
روش میکروسکوپی نوری میدان نزدیک، با وجود برخورداری از مزایایی که در فوق ذکر شد، با محدودیت‎هایی نیز روبه‌روست 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 نمونه‎های بزرگ و در تصویرگیری با وضوح بالا، زمان روبش طولانی است؛
- در نمونه‎هایی مانند مواد نیمه‌رسانا، به دلیل نیاز به برقراری حساسیت مناسب و وضوح طیفی خوب در برخی موارد، دمای کاری پایین الزامی است. در چنین شرایطی مشکلات فنی در آزمایش‌های SNOM به وجود می‎آید. 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 یا نمونه باید به قدر کافی مسطح باشد تا تصویرگیری در ارتفاع ثابت میسر شود.

 

5- کاربردهای میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک
در چند سال اخیر، روش SNOM به طور گسترده‎ای در زمینه مشخصه‌یابی نانومواد به کار برده شده است. این روش را می‌توان با همه روش‌های معروف در میکروسکوپی نوری کلاسیک مانند روش لومینسانس، پلاریزاسیون و همچنین روش تضاد رنگ، ترکیب کرد و بنابراین می‌توان از مزیت روش‌های متداول تصاد رنگ و وضوح بالاتر بهره برد.

سازوکارهای نوری از نوع تضاد رنگ که به وسیله SNOM امکان‌پذیر هستند، شامل جذب، فلوئورسانس، پلاریزاسیون، ضریب شکست و رسانش الکتریکی نوری هستند. به این صورت که با تغییر در پلاریزاسیون نور یا شدت نور به صورت تابعی از طول موج ورودی، می‌توان از روش‎های تضاد رنگ استفاده کرد [2,15,16]. 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 می‌توان استفاده کرد.

 


چندرسانه‎ای 5: تضاد پلاریزاسیون در میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک (SNOM) - یکی ازکاربردهای میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک (SNOM)، تضاد پلاریزاسیون است که جزء سازوکارهای نوری از نوع تغییر رنگ است. در این حالت اشیائی که خاصیت ایزوتروپیک نوری دارند، می‎توانند انواع کنتراست را نشان دهند. پرتو تابشی با قطبیت خطی در اثر عبور از یک ماده مغناطیسی، به صورت بیضی در می‎آید. 


SNOM با وضوح بالا، برای بررسی نوری ساختارهای غیرهمگن نیمه‎رسانا با ابعاد حدود 100 نانومتر، به خوبی قابل استفاده است. به وسیله روش SNOM جمع‎آوری‎کننده، می‎توان آنالیزهای فوتولومینسانس (SRPL= Spatial Resolution Photoluminescence) را با وضوح بالا انجام داد که امکان برسی جزئیات ساختارها را فراهم می‎سازد. در این زمینه نقاط کوانتومی، گزینه‎های مطلوبی هستند زیرا دارای تراز انرژی مجزا بوده و خطوط فوتولومینسانس باریکی را ایجاد می‌کنند.
به کمک دستگاه SNOM، تصاویر بسیار خوبی از توپوگرافی نمونه‎ها با رزولوشن عمودی خوب، به‌دست می‎آید. از دیگر کاربردهای SNOM، تهیه تصاویر با رزولوشن بالا از سلول‎ها، بررسی ساختار فازها در پلیمرهای لایه‎ای و بررسی ساختار داخلی ژل‎های پلیمری است. از این دستگاه همچنین در لیتوگرافی نوری برای نوشتن استفاده می‌شود.

 


چندرسانه‎ای 6: کاربرد میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی (SNOM) در دستکاری اتم‌ها - میکروسکوپ نوری میدان نزدیک پیمایشی (SNOM)، امکان تحقیق و دستکاری سطوح مقیاس اتمی را فراهم می‎کند که از آن برای ایجاد الگوهای نانومتری در نانولیتوگرافی استفاده می‎شود. استفاده از نور، مؤثرترین شرط دستکاری اتم‎های خنثی در گازها است که با هماهنگ کردن فرکانس نور با انرژی قابل جذب اتم‎ها، فوتون با اتم برهمکنش می‎کند. 


در واقع می‎توان توپوگرافی و خواص فیزیکی سطوح حساس نوری مانند مقاومت‌های نوری را به کمک پالس‎های لیزری گسیل شده از پروب SNOM تغییر داد، که در نتیجه وضوحی که به وسیله سیستم‎های لیزری و نوری متداول غیرممکن است، به‎وسیله SNOM به دست می‎آید [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

 

نتیجه‎گیری
میکروسکوپ روبشی میدان نزدیک، تنها دستگاهی است که اندازه‎گیری‎های نوری را با رزولوشنی بهتر از آنچه طول موج نور تابیده برای روشنایی یا آشکارسازی اجازه می‌دهد، امکان‎پذیر می‎سازد زیرا در این میکروسکوپ‎ها، وضوح تصویر، به طول موج نور تابشی وابسته نیست بلکه به اندازه دریچه آشکارساز مربوط می‎شود. 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، جمع‎آوری، تابش-جمع آوری، بازتاب و بازتاب-جمع آوری و در میکروسکوپ‎های بدون دریچه، دارای چهار حالت تونل‎زنی فوتونی (PSTM) است.
روش میکروسکوپ روبشی میدان نزدیک به طور گسترده در زمینه مشخصه‎یابی نانومواد به کار 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 است.

در فیلم زیر درباره انواع مدل‎های SNOM، حالت‎های 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.