Weiterentwicklung der Nahfeldmikroskopie

 

Erhöhung der Sensitivität im SNOM

Ein wichtiges Ziel bei der Weiterentwicklung der infraroten Nahfeldmikroskopie ist die Erhöhung der Sensitivität im SNOM. Dieses Ziel wird in 3 verschiedenen Projekten verfolgt.

  SNOM auf IR Antennen Urheberrecht: RWTH Aachen SNOM on IR antennas

Resonante Verstärkung der Nahfelder für die Abbildung im SNOM

Zum einen lassen sich die im SNOM für die Abbildung genutzten Nahfelder resonant verstärken: Dies kann durch resonante Nanostrukturen, spezielle Substrate oder auch durch die Modifikation der Streusonde geschehen und wird von dem ehemalige Doktoranden Jon Mattis Hoffman seit 6/2009 verfolgt. Eine erste Publikation auf diesem Gebiet erschien in 2012.

Im Rahmen dieser Forschungstätigkeiten enstanden unter anderem folgende Publikationen:

“Mapping infrared antenna resonances of particle arrays fabricated by colloidal lithography”
M. Hoffmann, X. Yin, T.W.W. Mass, J. Richter, A. Hartung and T. Taubner.
Journal of physical Chemistry C, 117, 11311-11316 (2013)

“Antenna-enhanced infrared near-field spectroscopy of a polymer”.
J.M. Hoffmann, B. Hauer and T. Taubner
Applied Physics Letters 101, 193105 (2012) .

  Abbildung von Strukturen unterhalb der Oberfläche Urheberrecht: RWTH Aachen Subsurface imaging

Abbilden von Strukturen unterhalb der Oberfläche

Eine andere Art der Sensitivitätssteigerung im SNOM stellt das Abbilden von Strukturen unterhalb der Probenoberfläche dar. In diesem Themenbereich konnte der ehemalige Doktorand Benedikt Hauer ein neues theoretisches Modell zur Beschreibung von SNOM Signalen auf Schichtsystemen erstellen, welches im Rahmen einer Masterarbeit experimentell bestätigt werden konnte. In diesem Themenfeld arbeiten wir weiter, um die Grenzen der Auflösung und Sensitivität bei der Detektion von vergrabenen Strukturen mit Hilfe spektroskopischer Information weiter zu steigern. Im Spektrum einer Probe kann, wie von uns vorhergesagt, auch eine Information über die Tiefe eines vergrabenen Partikels oder die Dicke einer Schutzschicht enthalten sein.

Im Rahmen dieser Forschungstätigkeiten enstanden unter anderem folgende Publikationen:

Visibility of weak contrasts in subsurface scattering near-field microscopy”.
B. Hauer, A.P. Engelhardt and T. Taubner.
Ultramicroscopy 126, 40-43 (2013) .

“Quasi-analytical model for scattering infrared near-field microscopy on layered systems”.
B. Hauer, A.P. Engelhardt and T. Taubner.
Optics Express 20, 13173-13188 (2012) .

"Nanoscale-resolved subsurface imaging by scattering-type near-field optical microscopy."
Taubner, T., F. Keilmann and R. Hillenbrand.
Optics Express 13(22), 8893-8899 (2005) .

  Querschliff Urheberrecht: RWTH Aachen Querschliff: Saphir (blauer Bereich), AlN (dunkel), GaN (hell)

Einsatz neuer Lichtquellen

Eine weitere Verbesserung der SNOM-Methodik kann durch Einsatz neuer Lichtquellen mit breiterem Abstimmungsbereich erzielt werden. Solche neuen Lichtquellen und deren Einsatz am SNOM werden derzeit im Rahmen des „Fraunhofer-ATTRACT“ Projekt am ILT entwickelt. Dies ermöglicht die Untersuchung von wissenschaftlich (z.B. Strontiumtitanat) und wirtschaftlich relevanten Probensystemen wie z.B. GaN (ein Substratmaterial für Laser- und Leuchtdioden, welches in Zusammenarbeit mit einem grossen deutschen Leuchtmittelhersteller untersucht wird), die bislang mit dem SNOM aufgrund fehlender leistungsstarker IR-Lichtquellen noch nicht adressierbar waren.

  Superlinsen Urheberrecht: RWTH Aachen Superlens

Superlenses

In this research project Peining Li aims for the exploration and improvement of a novel planar device called a superlens, a slab made from a negative permittivity material that supports optical surface waves. These surface waves couple across the superlens and create a subwavelength resolution image of the object plane. Main research goals within this topic comprise of a general understanding of the imaging mechanisms involved in superlensing as well as the practical implications and applications of such a device.

Im Rahmen dieser Forschungstätigkeiten enstanden unter anderem folgende Publikationen:

“Tunable sub-diffraction limited imaging from infrared to THz frequencies with layered graphene”.
P. Li and T. Taubner.
ACS Nano 6, 10107-10114 (2012).

“Multi-wavelength superlensing with layered phonon-resonant dielectrics.”
P.Li and T. Taubner.
Optics Express 20, 11787-11795 (2012).

"Near-field Microscopy Through a SiC Superlens."
Taubner, T., D. Korobkin, Y. Urzhumov, G. Shvets and R. Hillenbrand.
Science 313, 1595 (2006).