나노 FTIR

나노-FTIR(나노스케일 푸리에 변환 적외선 분광법)는 다음 두 가지 기술의 조합으로 사용하는 스캔 프로브 기술입니다.푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)과 산란형 주사 근접장 광학 현미경법(s-SNOM)으로, 나노 FTIR는 원자력 현미경법(AFM)에 근거해, 선단 산란광(일반적으로 후방 산란광)을 팁의 위치로서 검출한다.따라서 전형적인 나노 FTIR 설정은 원자력 현미경, 팁 조명에 사용되는 광대역 적외선 광원 및 푸리에 변환 분광계로서 기능하는 Michelson 간섭계로 구성됩니다.나노 FTIR에서 샘플 스테이지는 간섭계 암 중 하나에 배치되어 검출된 빛의 진폭과 위상을 모두 기록할 수 있습니다(일반적으로 위상 정보를 산출하지 않는 기존 FTIR과는 다릅니다).팁을 스캔하면 팁 정점 크기에 따라 결정되는 나노 크기의 공간 분해능으로 초분광 이미징(즉, 스캔 영역의 모든 픽셀에서 완전한 스펙트럼)을 수행할 수 있습니다.광대역 적외선 선원을 사용하면 연속 스펙트럼을 획득할 수 있으며, 이는 s-SNOM과 비교한 나노-FTIR의 독특한 특징이다.나노-FTIR는 나노 크기의 공간 ^[1]분해능으로 모든 양의 물질을 적외선(IR) 분광할 수 있다.단일 분자^[2] 복합체의 검출과 단일 단분자층에^[3] 대한 민감도가 나타났다.위치함수로서의 적외선 스펙트럼 기록은 시료 ^[4][5]화학조성의 나노스케일 매핑, 국소 초고속 IR 분광법^[6] 및 나노스케일 분자간 결합 ^[7]해석 등에 이용할 수 있다.10nm~20nm의 공간 분해능이 일상적으로 ^[4]달성됩니다.

유기 화합물, 고분자, 생물학적 물질 및 기타 연질 물질의 경우 나노-FTIR 스펙트럼을 표준 FTIR 데이터베이스와 직접 비교할 수 있으며, 이를 통해 화학적 식별과 특성을 ^[4]쉽게 파악할 수 있다.

나노-FTIR는 특별한 검체 준비가 필요하지 않으며 일반적으로 주변 조건에서 수행됩니다.비접촉 모드로 동작하는 AFM은 본질적으로 비파괴적이며 연질 물질 및 생물학적 시료 조사에 적합할 정도로 완만한 AFM을 사용한다.나노-FTIR는 광대역 선원의 이용 가능성과 적용 요건에 따라 THz에서 가시 스펙트럼 범위(및 이름에서 알 수 있듯이 적외선)까지 이용할 수 있다.나노-FTIR은 TERS(Tip Enhanced Raman Spectrocopy), SNOM, AFM-IR 및 진동 분석을 수행할 수 있는 기타 스캔 프로브 방법을 보완합니다.

기본 원칙

nano-FTIR는 s-SNOM을 기반으로 합니다.여기서 광원으로부터의 적외선 빔은 날카롭고 일반적으로 금속화된 AFM 선단에 집중되어 후방 산란을 검출합니다.팁은 정점 주변의 나노경 볼륨에서 조명 IR광을 크게 개선하여 강한 근거리장을 생성합니다.샘플은 이 근거리장으로 반입되어 팁과 전자기적으로 상호작용하며 프로세스에서 팁(뒷면) 산란을 수정합니다.따라서 팁 산란을 감지하여 샘플에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.

나노-FTIR는 팁 산란광을 간섭계로 검출합니다.샘플 스테이지는 기존 Michelson 간섭계의 한 암에 배치되고 피에조 스테이지의 미러는 다른 기준 암에 배치됩니다.기준 미러를 변환하는 동안 후방 산란 신호를 기록하면 간섭도가 생성됩니다.이 간섭도의 후속 푸리에 변환은 샘플의 근거리 스펙트럼을 반환합니다.

(기존 FTIR에서 일반적으로 구현되는 간섭계 외부가 아닌) 간섭계 암 중 하나에 샘플 스테이지를 배치하는 것이 나노-FTIR의 핵심 요소입니다.그것은 강한 참조 분야와 간섭 때문에, 완전히 배경 기생 산란에 의해 발생하는 큰diffraction-limited 빔에 초점을 맞추며 가장 중요한 것은 둘 다 진폭 s라고 그리고tip-scattered 방사선의 위상φ 스펙트럼의 녹화를 해 줄 떨어진다 모든 것 원인을 제거할 수 있도록 약한 near-field 신호를 촉진한다.[8]위상 검출을 통해 나노-FTIR는 정량적 연구 및 기타 많은 응용 분야에 필수적인 근접 분야에 대한 완전한 정보를 제공합니다.예를 들어, 연질 물질 시료(유기물, 폴리머, 생체재료 등)의 경우 φ는 시료 재료의 ^[9][10]흡수와 직접 관련이 있다.이를 통해 나노-FTIR 스펙트럼을 샘플 ^[4]물질의 기존 흡수 스펙트럼과 직접 비교할 수 있으므로 표준 FTIR 데이터베이스에 따른 간단한 스펙트럼 식별이 가능하다.

역사

나노-FTIR은 2005년 Ocelic과 Hillenbrand의 특허에서 비대칭 분광계(즉 간섭계 ^[11]암 중 하나에 배치된 팁/샘플)를 사용한 팁 산란광의 푸리에 변환 분광학으로 처음 설명되었습니다.FTIR를 사용한 s-SNOM의 첫 번째 실현은 2006년 F의 연구실에서 시연되었다.Keilmann은 비선형 차분 주파수 생성(DFG)^[12]의 단순 버전에 기반한 중적외선 소스를 사용한다.그러나 이 실현에서 중간 IR 스펙트럼은 이중 빗 스펙트럼 분석 ^[13][14]원리를 사용하여 기록되었으며, 개별 주파수 세트를 산출하여 나노 FTIR가 아닌 다중 헤테로다인 이미징 기법을 입증했다.첫 번째 연속 스펙트럼은 2009년에만 같은 실험실에서 기록되었다. GaSe의 DFG가 Er 도프 광섬유 ^[1]레이저에서 방출된 펄스열 2개를 중첩할 때 얻은 초연속 IR 빔을 사용했다.이 선원은 2011년에 우수한 품질과 스펙트럼 ^[15]분해능을 가진 SiC의 나노스케일 분해 스펙트럼에 대한 첫 평가를 가능하게 했다.동시에, R의 실험실에서 Huth 등.^[16]힐렌브란드는 푸리에 변환 분광학의 원리와 결합하여 단순한 글로우바 선원의 IR 방사선을 사용하여 p-도프 Si의 IR 스펙트럼과 그 산화물을 반도체 장치에 기록했다.같은 작업에서 나노-FTIR라는 용어가 처음 도입되었습니다.그러나 글로우바 선원의 불충분한 스펙트럼 조사 강도는 이 ^[17]기법의 적용 가능성을 포논과 같은 강한 공진 들뜸의 검출로 제한했다. 초기 초연속 IR 레이저 선원은 더 많은 전력을 제공하면서도 매우 좁은 대역폭(300cm 미만⁻¹)을 가지고 있었다.고온 아르곤 아크 소스(플라즈마 ^[18][19]소스라고도 함)로부터의 IR 방사선을 이용하여 글로우바 소스의 넓은 대역폭을 유지하면서 스펙트럼 파워를 개선하려는 시도가 이루어졌다.그러나 IR 슈퍼콘티늄 레이저 소스의 상용화 부족과 급속한 개발로 인해 플라즈마 소스는 나노 FTIR에서 널리 활용되지 못하고 있다.

nano-FTIR에도 돌파구가 마련은 충분히 큰 대역 폭(~1000cm-1 대역 폭에mW-level 힘)[21][22]에, 진실로nanoscale-resolved 광대역 통신 재료 분광 법 심지어 가장 약한 진동 reson을 탐지할 수 있게 큰 분광 방사 조도 제공했다 강력한 광대역 mid-IR 레이저 근원의 개발에 왔다.ances.[4][3][2][23]특히 나노-FTIR은 위상을 제공하는 나노-FTIR 분광계의 비대칭성으로 인해 ^[4]원거리 FTIR 스펙트럼과 잘 일치하는 분자 지문을 측정할 수 있는 것으로 나타났다.최근, 코폴리머 혼합의 최초의 나노급 분해능 적외선 초분광 이미징이 입증되었으며, 이를 통해 이종 샘플 ^[24]분석에 널리 사용되는 도구인 다변량 분석과 같은 통계 기법을 적용할 수 있었다.

나노-FTIR의 개발에 대한 추가적인 증가는 광대역 레이저 ^{[25][26][27][28]}선원에 비해 약한 IR 스펙트럼 조사 강도를 희생시키면서 극단적인 대역폭을 제공하는 싱크로트론 방사선의 활용에서 비롯되었다.

상용화

나노-FTIR 기술은 Ocelic, Hillenbrand 및 Keilmann이 2007년에 설립한 독일 소재의 막스플랑크 생화학 연구소의 분사 회사인 Neaspec에 의해 상용화되었으며 Ocelic과 Hillenbrand의 ^[11]특허에 기초하고 있다.광대역 조명원에 최적화된 검출 모듈은 표준 neaSNOM 현미경 시스템의 일부로 2010년에 처음 제공되었다.현시점에서는 광대역 IR-레이저는 아직 상용화되어 있지 않지만, 실험적인 광대역 IR-레이저는 이 기술이 완벽하게 작동하고 많은 분야에서 응용 가능성이 크다는 것을 증명하고 있습니다.최초의 나노-FTIR는 2012년에 상용화되었으며(아직 실험적인 광대역 IR-레이저 선원이 제공됨), 광대역 적외선 나노 분광을 위한 최초의 상용 시스템이 되었다.2015년 네아스펙은 초고속 나노스펙트로스코프의 상용 버전인 초고속 나노-FTIR를 개발하여 선보입니다.UltraFast nano-FTIR는 나노FTIR를 바로 사용할 수 있는 업그레이드 제품으로 동급 최고의 공간 분해능으로 펌프 프로브 나노 분광을 구현합니다.같은 해, 극저온에서 나노스케일 근접장 이미징과 스펙트럼 분석을 가능하게 하는 최초의 시스템인 크라이오-nea-SNOM의 개발이 발표되었다.

고도의 기능

싱크로트론 빔라인 통합

나노-FTIR 시스템은 싱크로트론 방사선 빔 라인에 쉽게 통합될 수 있습니다.싱크로트론 방사선을 사용하면 한 번에 전체 중적외선 스펙트럼을 획득할 수 있다.싱크로트론 방사선은 이미 싱크로트론 적외선 현미경 검사에 이용되어 왔다.생체과학에서 가장 널리 사용되는 기술로 뼈, 식물, 그리고 다른 생물학적 ^[29]조직과 같은 사실상 모든 생물학적 표본의 현미경에 대한 화학에 대한 정보를 제공한다.나노-FTIR는 공간 분해능을 10-20nm(마이크로스펙트로스코프의 경우 ~2-5μm)로 끌어올려 결정 및 상변화^[30] 물질, 반도체,^[28] 광물,^[31] 바이오미너럴 및 ^[27]단백질의 광대역^[25][26] 공간 분해능 스펙트럼 분석에 활용했다.

초고속 분광학

나노-FTIR는 참조간 검출 및 프로브 지연시간을 변화시키는 고유 능력으로 인해 국소적인 초고속 펌프-프로브 분광법을 수행하기에 매우 적합합니다.그래핀의 ^[32][33]초고속 나노스케일 플라스모닉 현상 연구, 서브사이클 분해능의^[34] InAs 나노와이어 나노 스펙트럼 분석, 나노스코프 앙상블의 ^[6]일관성 있는 진동역학 탐사에 응용되었다.

정량적 연구

산란장의 진폭과 위상, 그리고 나노-FTIR에서 이론적으로 잘 알려진 신호 형성을 이용할 수 있기 때문에 유전체 함수의 실제 부분과 가상의 부분,^[35] 즉 시료의 굴절률과 소실 계수를 찾을 수 있다.임의의 형상의 시료나 포논과 같은 집단 들뜸을 보이는 시료에 대해서는 자원을 필요로 하는 수치 최적화가 필요하지만, 연질 물질 시료(고분자, 생물 물질 및 기타 유기 물질)에 대해서는 종종 빠른 반분석을 사용하여 실시간으로 유전체 기능을 회복할 수 있었다.틱 어프로치그러한 접근법 중 하나는 샘플의 유전 특성을 분리하고 측정된 근접장 대비의 다항식 표현을 허용하는 작은 매개변수에 대한 산란장의 테일러 확장에 기초한다.적절한 팁-샘플 상호작용^[36] 모델 및 알려진 측정 파라미터(탭 진폭, 복조 순서, 기준물질 등)를 사용하여 샘플 $유전율{\displaystyle \theta }$ ($),$ ) \$displaystyle$ \$epsilon$( \$메가$ )을$$ 단순한 다항식^[37] 방정식의 해로 결정할 수 있습니다.

지표면 분석

나노 FTIR를 포함한 근거리 방법은 커플 팁 반지름(약 20-50 nm)의 짧은 프로브 범위 때문에 일반적으로 표면 연구를 위한 기술로 간주됩니다.그러나 이러한 프로브 범위 내에서 s-SNOM은 일부 ^{[38][39][40][41]}익스텐트에 대한 지표면 아래 특징을 검출할 수 있으며, 이는 특히 얇은 ^[42]보호층 또는 매립 ^[43][44]폴리머로 덮인 샘플 조사에 사용될 수 있다.

나노FTIR은 정량적 기법(즉, 근접장 진폭과 위상 양쪽의 고도로 재현 가능한 검출과 잘 이해된 근접장 상호작용 모델)의 직접적인 결과로서 샘플 내부의 정량적 연구(물론 선단 근접장 탐사 범위 내)를 위한 수단도 제공한다.이는 종종 백그라운드 억제 과정에서 나노-FTIR에 의해 자연적으로 반환되는 여러 복조 순서로 기록된 신호를 이용하는 간단한 방법으로 실현됩니다.높은 고조파는 팁 아래의 더 작은 볼륨을 프로브하므로 ^[45]샘플의 체적 구조를 인코딩하는 것으로 나타났습니다.이와 같이, 나노-FTIR는 다상^[46] 재료의 나노 깊이 프로파일링과 집속 이온 ^[47]빔에 의한 고Tc 큐레이트 나노 수축 소자 등에 활용되어 온 층막 ^[45]및 나노 구조의 두께 및 유전율 회복 능력을 실증하고 있습니다.즉, 나노-FTIR는 일반적으로 타원측정법이나 임피던스 분광법에 의해 반환되는 박막 샘플과 동일한 정보를 나노 크기의 공간 분해능으로 복구할 수 있는 독특한 능력을 가지고 있다.이 능력은 위상 ^[48]절연체에서 서로 다른 표면 상태를 분리하는 데 매우 중요한 것으로 입증되었다.

액상에서의 작업

나노-FTIR는 산란된 IR광을 사용하여 샘플에 대한 정보를 얻으며 자연 환경에서 전기화학 인터페이스(in-situ/operando)와 생물학적(또는 기타) 샘플을 조사할 수 있습니다.이러한 조사의 타당성은 이미 지지물질 위에 있는 캡핑 그래핀 층을 통해 또는 다공질 실리콘 질화막 위에 매달린 그래핀을 통해 나노-FTIR 스펙트럼을 획득함으로써 입증되었다(나노-FTIR가 ^[49][50]사용하는 것과 동일한 s-SNOM 플랫폼을 사용).

극저온 환경

초전도체, 상관산화물, 표면편광자의 보스-아인슈타인 응축물 등에서의 위상전이의 기본을 밝히기 위해서는 특징적인 나노미터 길이 척도와 극저온 환경에서의 분광학적 연구가 필요하다.나노-FTIR은 금속-절연체 ^[51]전환 부근의 산화 바나듐에서 금속 및 관련 Mott 절연체의 나노 구조 공존을 실현하는 데 이미 활용된 극저온 s-SNOM과 호환됩니다.

특수한 대기 환경

나노-FTIR는 시스템을 격리된 챔버 또는 글로브 박스에 넣어 서로 다른 대기 환경에서 작동할 수 있습니다.이러한 작업은 이미 반응성이 매우 높은 리튬 이온 배터리 ^[46]구성 요소를 조사하는 데 사용되었습니다.

적용들

Nano-FTIR applications,[52]의 폴리머들과 폴리머 composites,[4]유기 films,[53]semiconductors,[16][27][28][47]생물학적 연구(단일 바이러스의 세포막, 단백질 구조 연구)[2][27][54]화학과 photochemistry,[56]미네랄과 biominerals,[54][27][31일]geochemistry,[57]corro catalysis,[55]을 포함한 plenitude다.Sion[58]과 재료low-dimensional materials,[59][33]광자 sciences,[5][23].ics,^[60][27] 에너지 스토리지,^[46] 화장품, 약리학, 환경과학.^[61]

재료 및 화학

Nano-FTIR polymers[4]과 nanocomposites,[24]의 나노 크기의 분광 화학 식별을 위해 유기적인 얇은 films,[53]의 구조와 투명함의 결정질 materials[23]에 부담 성격 묘사와 휴식을 위한 현장 조사와 촉매 reactions,[55]의 얼마나 자주'o'를 사이에 고해상도 공간 지도 제작의 약자로 사용되어 왔다thers.

생물학 및 약학

나노-FTIR는 단백질 2차 구조 조사, ^[27]세균막 조사, 단일 바이러스 및 단백질 ^[27]복합체 검출 및 연구에 사용되어 왔다.그것은 뼈조직의 ^[54][27]바이오미너럴 검출에 적용되어 왔다.나노-FTIR은 THz 빛과 결합하면 높은 광학 대비로 암과 화상 촬영에도 적용할 수 있다.

반도체 산업 및 연구

나노-FTIR는 반도체 ^[16]소자의 나노 자유 캐리어 프로파일링 및 자유 캐리어 농도 정량화, 나노 수축 ^[47]소자의 이온 빔 손상 평가, 반도체 ^[28]재료의 일반 분광 특성화 등에 활용되어 왔다.

이론.

백그라운드 억제를 위한 고조파 복조

나노-FTIR은 팁 샘플 ${\displaystyle {시스템\mathrm{}}_{}}$(\$display E_{\rm {sca$에서 산란된 빛을 간섭적으로 검출합니다.검출기의 전력은 다음과 같이 기록될^[62] 수 있습니다.

${\displaystyle I_{\rm {det}}= E_{\rm {sca}}+E_{\rm {ref}}^{2}}$

${\displaystyle {여기}_{}}$서 ${\displaystyle {\mathrm{Er}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{e}}_{}}$f {\$displaystyle E_{\rm {ref}}$는 참조 필드입니다.산란필드는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

$\displaystyle E_{\rm {sca}}=E_{\rm {bg}}+E_{\rm {sca}}$

그리고 팁 샤프트로부터의 기생 백그라운드 ${\displaystyle {산란\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{E}}_{}}$ b$$g \ $displaystyle E_{\rm {bg$ 캔틸레버 샘플 거칠기 및 회절 제한 빔 포커스에 들어가는 다른 모든 것에 의해 지배된다.근접장 신호를 $추출$하기 위해 팁 에이펙스 아래의 "핫 스폿"(샘플 특성에 대한 나노스케일로 분해된 정보를 운반하는)에서 ${\displaystyle {발생}_{}}$하는 ${\displaystyle {\mathrm{E}}_{}}$n f {\$displaystyle E_{\rm$ {nf$\}\}\}$이 제공되고 주파수 δ로 팁 높이 H의 작은 고조파 변조(즉, 팁 진동)가 검출기 신호 데모됩니다.이 주파수 NΩ의 고조파에서 n=1,2,3,4,...배경은 팁 높이의 작은 변화에도 거의 민감하지 않으며 충분히 높은 복조 순서(${\displaystyle \mathrm{일반적}}$으로 n${\$ 2 \ $displaystyle$n \ $geq$2)$$에 대해 거의 완전히 배제됩니다.수학적으로 이는 E ${\displaystyle {\mathrm{b}}_{}}$g {\$displaystyle E_{\rm {bg}}$ $및{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {E\mathrm{}}_{}}$ n$$ {\$displaystyle E_{\rm {nf}}}$을(를) 푸리에 급수로 $확장$하면 알 수 있으며, 복조된 검출기 신호에 대해 다음과 같은 (대략적인) 식을 얻을 수 있습니다.

$\displaystyle I_{n}\propto E_{\rm {ref}^{*}+E_{\rm {bg,0}^{*}E_{\rm {nf,n}+{\rm {C.C.}}}}$

${\displaystyle {여기}_{}}$서 I n ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle n_{}}$ ${\displaystyle {}_{}{\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle i^{\mathrm{}}}$ ${\displaystyle {{\varphi }_{}}^{}}$n { \ $displaystyle$ I _ { n }$= s$_ { $n$} { \$rm${ $i$} \ $phi$$_$ { $n$} is$$ 、 lock-in 진폭, $s{\displaystyle {}_{}}$$n$$$\ $display$ $s$_ { $n$ 、 $phi$ ${\displaystyle {\mathrm{\_}}_{}}$ { $n$ ,,, n 、 $where{\displaystyle {}_{}}$ where,,,,,, where n$$、 n where where,,,,,, n 、 n where,, where,, where,,,,,,,,,, n 、 n where,, where,,,$$는 근접장 기여의 n번째 푸리에 계수이며 C입니다.C.는 복합공역항입니다.${\displaystyle {E\mathrm{}}_{}}$ b ${\displaystyle {\mathrm{g},}_{}}$ $({$ 스타일 E_{\$rm$${bg,0})$은 백그라운드$$기여의$$ 0차 푸리에 계수이며, E ${\displaystyle {n\mathrm{}}_{}}$ f${\displaystyle {}_{}}$,$$ ${\rm${${\displaystyle {\mathrm{nf}}_{}}$ , n$\}\}$의$곱$으로 검출기 신호를 $입력$하기 때문에 종종 곱셈 백그라운드라고 불립니다. 고음파 복조파만으로는 제거할 수 없습니다.nano-FTIR에서는 다음과 같이 곱셈 배경이 완전히 제거됩니다.

비대칭 FTIR 분광계

스펙트럼을 획득하기 위해 기준 미러 위치 x의 함수로 $검출기$ 신호를 기록하면서 기준 미러를 연속 변환하여 간섭그램 I n${\displaystyle {}_{}}$(${\displaystyle x}$) \ $display I_{n}(x$$)$ \ ${\displaystyle {display\mathrm{}}_{}}$ I_{n} (x$)$ \ ${\displaystyle {\mathrm{style}}_{}}$ $I_${n} (x)\ displayedisplay I_{n$\}$ (${\displaystyle {\mathrm{x}}_{}}$)\ $displayedisterf{\displaystyle {}_{}}$ 에 따라 기준 필드의 위상이 변화합니다.${\displaystyle =}$ $δ$의 각 스펙트럼 성분$(\$$displaystyle$ \$phi _{\rm {ref}}=x\Omega$$/$c$$})에 대해 검출기 신호는 다음과^[63] 같이 쓸 수 있다${\displaystyle .}$

${\displaystyle I_{n}(x)\propto \int {rm {d}\left(E_{\rm {ref,0})^{*}E_{\rm {nf}}, n}{-{\rm {i}x}+E_{\rm {g0}}}{\rm {\rm {g0}}} {\rm {\rm {\rm {\rm {g0}}} }}}\right)}$

$여기$서 ${\displaystyle {E\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{r}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{e}}_{}}$f ,$$ { $display$ E $_${ \$rm$ {$ref$ , $0$} } 、 $0{\displaystyle }$ （$$ $style$x$=$0$）$에서의 기준 필드입니다.nano-FTIR 스펙트럼 $I{\displaystyle {\stackrel{}{}}_{}}$~${\displaystyle {}_{}n}$ ( ${\displaystyle )}$ $){$ $displaystyle { I}_{n}((오메가$을 얻기 위해 간섭문자 $I{\displaystyle {}_{}{n}_{}}$ (${\displaystyle x}$){$displaystyle I_{n}(x)$은$$x {$displaystyle$x$\}$에 대해 푸리에 변환됩니다.위 방정식의 두 번째 항은 기준 미러 위치에 따라 달라지지 않으며 푸리에 변환 후 DC 신호에만 기여합니다.$0의 경우$ 기준 $필드$에 곱한 근접장 기여만 수집된 스펙트럼에 남습니다$.$

${\displaystyle {I}_{n}(\obega)\propto E_{\rm {ref,0}^{*}E_{\rm {nf}},n}$

이와 같이 간섭계 게인을 제공하는 것 외에 나노-FTIR에서 사용되는 비대칭 간섭계는 곱셈 배경을 완전히 제거한다. 그렇지 않으면 다양한 아티팩트의 원천이 될 수 있으며 다른 s-SNOM 기반 분광학에서 간과되는 경우가 많다.

정규화

표준 FTIR 프랙티스에 따라 나노 FTIR의 스펙트럼은 알려진 바람직한 스펙트럼 평탄한 표준물질에서 얻은 스펙트럼으로 정규화된다.이는 일반적으로 알려지지 않은 기준 장과 모든 기기 기능을 제거하여 근접장 대비의 스펙트럼을 생성한다.

${\displaystyle \eta _{n}(\tilde {I}}_{n}(\obe)}{\rm {ref}}{{{\rm {ref}}}=black {E_{\rm {ref}},n}(\obe)}{\rm {ref}}}{{{{\rm {ref}}}}}}}}}}}{{{{{\rm}}}}}}}}}}}}}}{{{{{{{{{{{{{{{{{{$

근접장 대조 스펙트럼은 일반적으로 기준과 관련하여 표본 산란 필드의 가능한 위상 지연을 반영하여 복합값이다.근접장 대조 스펙트럼은 샘플 재료의 유전 특성에 거의 전적으로 의존하며 그 식별 및 특성화에 사용될 수 있다.

나노-FTIR 흡수 분광법

폴리머, 유기물, 생물학적 물질 및 기타 연질 물질(이른바 약한 발진기라 함)로 구성된 광학적으로 얇은 샘플의 근거리 대비를 설명하기 위해 양호한 근사치에 대한 근거리 신호는 다음과 ^[37]같이 표현할 수 있다.

$n$ n${\displaystyle \beta }$ ( $)$ ) \$displaystyle$ \$eta _$ { n } \$propto$ \$display$ ( \$$메가$$) 、

$여기$서 β ${\displaystyle =}$ (${\displaystyle \beta }$ -${\displaystyle 1}$)${\displaystyle }$/ (${\displaystyle \mathrm{\beta }}$ +${\displaystyle }$1$$) {$displaystyle$\displaystyle = (\$iscilon$- 1)/ $(\iscilon$ +$$1)} 은$$$$ 시료의 복소값 유전 함수${\displaystyle }\delta {\displaystyle }$ ($)$ {$displaystyle \isclon (\igilon$ + 1)} 에 의존하는 표면 응답 함수이며, 또한 근원파장의 반사 계수로 볼 수 있다.끝부분의.$즉$, ${\displaystyle {\delta }_{}}$n ($)$의 스펙트럼 의존성은 전적으로 샘플 반사 계수에 $의해$ 결정된다$.$후자는 순수하게 실재하며 표본 흡수 라인 주변의 좁은 스펙트럼 영역에서만 가상의 부분을 획득한다.즉, 근접장 대비 가상 부분의 스펙트럼이 샘플 ^[4]재료의 기존 FTIR 흡광도 $스펙트럼{\displaystyle }$A ( ${\displaystyle )}$ )$$\ $displaystyle$ A ( \$메가$)와 유사함을 의미한다.$\mathrm{I}$ m$$[ $（$ $A$ ( \$textstyle${ Im$$ [ \ $sigma$( \ $메가$ ) ] \ $propto$ A ( \$obmega$ ) }$$。따라서 나노 $FTIR{\displaystyle }$ ${\displaystyle \mathrm{흡수}}$ a ${\displaystyle =}$ I ${\displaystyle {}_{}}$ (${\displaystyle {}_{}}$) ${\displaystyle {}_{}}$ )${\displaystyle =}$ ${\displaystyle s_{}}$ n ${\displaystyle \sin }$ ${\displaystyle （}$ \$$ n$$）$= sin$ {\ {\ （ n ） a$style$ a a a a a a a a a = A ( \ textim styrm ) stylestylestyle a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a

$\displaystyle a(\obega)\propto A(\obega)}$

팁-샘플 상호 작용을 모델링할 필요 없이 표준 FTIR 데이터베이스에 따라 직접 샘플 식별 및 특성화에 사용할 수 있습니다.

대응하는 표면 공명 근처에 있는 음소 및 플라스모닉 샘플의 경우, 관계 ${\displaystyle {\delta }_{}}$n (${\displaystyle \delta }$ ) $=$ (${\displaystyle \delta }$) \ $displaystyle \eta$ _${n}(\$displaystyle \eta _{n}(\mega)=\$display (\mega)}$는 유지되지 않을 수 있다.이 경우 (${\displaystyle }$${\displaystyle )}$) \ $displaystyle$ a ( \$$${\displaystyle \mathrm{메가}}$ ) $a$ A ($$) \ $displaystyle$A ( \$$메가 )의 단순한 관계를 얻을 수 없으므로 이러한 시료의 ^[41]분광학적 식별을 위해 팁-샘플 상호작용의 모델링이 필요하다.

분석 및 수치 시뮬레이션

중대한 노력으로 PHmethods[64](CST한 전자 렌지 스튜디오 Lumerical FDTD, 콤솔 멀티 피직스와 같은 상업적 독점 소프트웨어를 사용하여)뿐만 아니라 등 한정된 이중극자 점과 쌍극자 근사를 통해 분석 models[65]을 통해 nano-FTIR 전기장과 복잡한 산란 신호 모의 실험을 향해 놓여 있다.s).분석 시뮬레이션은 더 단순하고 부정확한 경향이 있는 반면, 수치 방법은 더 엄격하지만 계산 비용이 많이 든다.

레퍼런스

외부 링크

• Fritz Keilman 적외선 나노경 연구소 (루즈윅스-맥시밀리언스-유니버시테트)
• 레이너힐렌브랜드 나노광학그룹(CIC nanoGUNE)
• Thomas Taubner 나노광학 및 메타물질 그룹(RWTH Aachen)
• 드미트리 바소프(UC 샌디에이고) 양자재료 적외선 나노광학군