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Nahfeldmikroskopie mit Synchrotronstrahlung erfolgreich

30.04.2013

Abbildung 1: Vergleich der nano-FTIR-Spektren von Silizium-Carbid (SiC) und Gold (Au), aufgenommen mit breitbandiger Synchrotronstrahlung am IR-Strahlrohr der MLS. Die beiden Messpositionen sind mit „X“ in der Nahfeldabbildung der Probenoberfläche oben rechts angedeutet. Die laterale Auflösung bei diesem Verfahren liegt unter 100 nm.

An der Metrology Light Source (MLS) der PTB in Berlin-Adlershof wurde in Zusammenarbeit mit der Freien Universität Berlin (AG Prof. E. Rühl) ein Streulicht-Nahfeldmikroskop für den Infrarotbereich (IR-Bereich) erstmals auch unter Nutzung von breitbandiger Synchrotronstrahlung in Betrieb genommen. Das Nahfeldmikroskop basiert auf dem Prinzip eines Rasterkraftmikroskops mit der zusätzlichen Möglichkeit, neben der topographischen Information auch die Infrarot-Signatur von Proben zu detektieren. Dazu wird eine scharfe Metallspitze – eine sogenannte Nahfeldsonde – in den fokussierten Strahl gebracht und die Oberfläche durch schrittweise Bewegung der Probe gescannt. Das von der Sonde gestreute Signal liefert optische Informationen über die Probenoberfläche bei der verwendeten Anregungswellenlänge im IR-Bereich. Die Nahfeldsonde mit einem typischen Durchmesser zwischen 20 und 50 nm ermöglicht dabei eine laterale Auflösung von deutlich unter 100 nm, was eine signifikante Verbesserung gegenüber konventionellen Methoden darstellt. Dafür standen bisher, wie bei der Nahfeldmikrokopie auch sonst üblich, mit zwei CO- bzw. CO2-Gaslasern jedoch nur eingeschränkt durchstimmbare Strahlungsquellen zur Verfügung, die lediglich die Wellenlängenbereiche von 5,2 µm bis 6,1 µm bzw. 9,2 µm bis 10,8 µm abdecken können. Um den für die Nahfeldmikroskopie nutzbaren Wellenlängenbereich deutlich zu erweitern, wurde das Mikroskop daher mit dem IR-Strahlrohr der MLS kombiniert. Die Nutzung dieser breitbandigen Strahlungsquelle eröffnet die Möglichkeit, IR-Nahfeldspektroskopie zukünftig für die Charakterisierung von Nanosystemen in dem weiten Spektralbereich von 1 µm bis zunächst 20 µm durchzuführen.

P. Hermann, A. Hoehl, A. Patoka, F. Huth, E. Rühl, and G. Ulm, Optics Express 21, 2913 (2013)

Ansprechpartner:

P. Hermann, 7.24, E-Mail: Peter.Hermann(at)ptb.de