KR102619577B1 - An analysis method of tip-enhanced spectroscopy, and a tip-enhanced spectroscopy - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 금속 기판에 분석물질을 위치시키는 단계, 분석물질에 플라즈모닉 탐침을 인접하게 위치시키는 단계, 플라즈모닉 탐침과 분석물질 사이에 광을 조사하여 플라즈모닉 탐침과 분석물질 사이에 광 공진을 형성하는 단계, 분석물질의 엑시톤과 플라즈모닉 탐침의 플라즈몬 사이에 강한 결합이 형성되도록 플라즈모닉 탐침과 금속 기판 사이의 거리를 제어하는 단계, 플라즈모닉 탐침과 금속 기판 사이에 전기장을 형성하고 강한 결합에 의해 발생하는 광신호가 증가하도록 전기장의 크기를 제어하는 단계, 및 광신호를 입력받아 스펙트럼을 생성하는 단계를 포함하는, 탐침 증강 현미경의 분석 방법 및 이를 수행하는 탐침 증강 현미경을 제공한다.The present invention includes the steps of placing an analyte on a metal substrate, placing a plasmonic probe adjacent to the analyte, and irradiating light between the plasmonic probe and the analyte to create optical resonance between the plasmonic probe and the analyte. Forming step, controlling the distance between the plasmonic probe and the metal substrate so that a strong bond is formed between the exciton of the analyte and the plasmon of the plasmonic probe, forming an electric field between the plasmonic probe and the metal substrate and forming a strong bond. A probe-enhanced microscope analysis method and a probe-enhanced microscope for performing the same are provided, including controlling the size of the electric field to increase the optical signal generated by the optical signal and generating a spectrum by receiving the optical signal.
Description
본 발명은 탐침 증강 현미경의 관찰 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탐침과 기판 사이의 거리 및 전기장을 조절하는 탐침 증강 현미경의 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an observation method using a probe-enhanced microscope, and more specifically, to an analysis method using a probe-enhanced microscope that adjusts the distance and electric field between the probe and the substrate.
주사 터널링 현미경(scanning tunneling microscope)은, 탐침과 분석물질 사이에 발생하는 터널링 전류를 이용하여 분석물질의 표면의 고체적 특성을 수 나노 해상도로 분석할 수 있다. 하지만 주사 터널링 현미경은 챔버가 없는 일반적인 환경에서는 작동이 불가능하고, 터널링 전류를 이용하여 탐침과 분석물질 사이의 거리를 제어하기 때문에, 측정 환경이나 측정 샘플에 제약을 가지고 있다. 또한 터널링 전류를 이용하기 때문에 독립적으로 전기장을 가하는 것은 힘들며, 빛의 회절 한계를 넘어서 나노 수준의 샘플의 광학적 특성을 분석하기는 어렵다.A scanning tunneling microscope can analyze the solid-state properties of the surface of an analyte at several nanometer resolution using a tunneling current generated between a probe and an analyte. However, a scanning tunneling microscope cannot operate in a general environment without a chamber, and because it uses tunneling current to control the distance between the probe and the analyte, it has limitations in the measurement environment and measurement samples. Additionally, because tunneling current is used, it is difficult to independently apply an electric field, and it is difficult to analyze the optical properties of nano-level samples beyond the diffraction limit of light.
탐침증강 현미경(tip-enhanced spectroscopy)은, 원자간력 현미경에 쓰이는 탐침을 플라즈모닉 물질 기반의 탐침으로 대체하여 강한 빛을 수십 나노 수준의 영역에 집속시킴으로써, 빛의 회절 한계를 넘어서, 수십 나노 수준에서 물질의 광학적 특성을 탐구할 수 있다.Tip-enhanced spectroscopy replaces the probe used in atomic force microscopy with a probe based on plasmonic materials and focuses strong light into an area of tens of nanometers, exceeding the diffraction limit of light and reaching tens of nanometers. You can explore the optical properties of materials.
본 발명은 탐침증강 현미경의 관찰 방법에 있어서, 플라즈모닉 탐침과 기판 사이의 거리 및 전기장을 조절하여 수십 나노 수준의 광분해능을 가지고 광학적-전기적 상호작용을 탐구할 수 있는 탐침증강 현미경의 관찰 방법을 제공하기 위함이다.The present invention provides an observation method of a probe-enhanced microscope that can explore optical-electrical interactions with optical resolution at the tens of nanometer level by controlling the distance and electric field between the plasmonic probe and the substrate. It is to provide.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 개시된 일 실시예에 따른 탐침증강 현미경의 관찰 방법은, 금속 기판에 분석물질을 위치시키는 단계, 분석물질에 플라즈모닉 탐침을 인접하게 위치시키는 단계, 플라즈모닉 탐침과 분석물질 사이에 광을 조사하여 플라즈모닉 탐침과 분석물질 사이에 광 공진을 형성하는 단계, 분석물질의 엑시톤과 플라즈모닉 탐침의 플라즈몬 사이에 강한 결합이 형성되도록 플라즈모닉 탐침과 금속 기판 사이의 거리를 제어하는 단계, 플라즈모닉 탐침과 금속 기판 사이에 전기장을 형성하고 강한 결합에 의해 발생하는 광신호를 전기장을 통해 제어하는 단계, 및 광신호를 입력받아 스펙트럼을 생성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the observation method of a probe-enhanced microscope according to an embodiment disclosed in the present invention includes the steps of positioning an analyte on a metal substrate, positioning a plasmonic probe adjacent to the analyte, and plasmonic Forming an optical resonance between the plasmonic probe and the analyte by irradiating light between the probe and the analyte; forming a strong bond between the exciton of the analyte and the plasmon of the plasmonic probe; It includes the steps of controlling the distance, forming an electric field between the plasmonic probe and the metal substrate, controlling the optical signal generated by strong coupling through the electric field, and receiving the optical signal to generate a spectrum.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, there are at least the following effects.
본 발명에 개시된 실시예에 의할 경우, 플라즈모닉 탐침과 기판 사이의 거리를 제어하여 플라즈모닉 탐침의 플라즈몬과 분석물질의 엑시톤 사이에 강한 결합을 형성할 수 있다.According to the embodiment disclosed in the present invention, a strong bond can be formed between the plasmon of the plasmonic probe and the exciton of the analyte by controlling the distance between the plasmonic probe and the substrate.
또한, 플라즈모닉 탐침과 기판 사이에 형성되는 전기장의 크기를 제어하여, 분석 물질과 광의 광학적-전기적 상호작용을 탐구할 수 있고 이를 바탕으로 광의 집속을 증가시켜 향상된 해상도로 물질을 관찰할 수 있다.In addition, by controlling the size of the electric field formed between the plasmonic probe and the substrate, the optical-electrical interaction between the analyte and light can be explored, and based on this, the focusing of light can be increased to observe the material with improved resolution.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effects according to the present invention are not limited to the contents exemplified above, and further various effects are included in the present specification.
도 1은 본 발명에 개시된 일 실시예에 따른 탐침증강 현미경의 관찰 방법을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1의 탐침증강 현미경에서, 플라즈모닉 탐침의 플라즈몬과 분석물질의 엑시톤 간의 결합 세기를 조절한 결과를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 탐침증강 현미경에서, 플라즈모닉 탐침의 플라즈몬과 분석물질의 엑시톤 간의 강한 결합에 의해 발생하는 광발광을 전기장을 이용해 조절한 결과를 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing an observation method using a probe-enhanced microscope according to an embodiment disclosed in the present invention;
Figure 2 is a diagram showing the results of adjusting the binding strength between the plasmon of the plasmonic probe and the exciton of the analyte in the probe-enhanced microscope of Figure 1;
Figure 3 is a diagram showing the results of controlling photoluminescence generated by strong coupling between the plasmon of the plasmonic probe and the exciton of the analyte using an electric field in the probe-enhanced microscope of Figure 1.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한, 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Additionally, embodiments described in this specification will be described with reference to cross-sectional views and/or schematic diagrams that are ideal illustrations of the present invention. Accordingly, the form of the illustration may be modified depending on manufacturing technology and/or tolerance. Additionally, in each drawing shown in the present invention, each component may be shown somewhat enlarged or reduced in consideration of convenience of explanation. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 탐침증강 현미경 및 그 관찰 방법에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 3, a probe-enhanced microscope and its observation method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐침증강 현미경의 구조 및 관찰 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탐침증강 현미경은 분석물질의 분석을 위해 사용될 수 있으며, 금속 기판(10), 플라즈모닉(plasmonic) 탐침(20), 광원부(미도시), 거리 조절부(30), 전기장 생성부(40) 및 분광기(미도시)를 포함할 수 있다.Figure 1 is a diagram schematically showing the structure and observation method of a probe-enhanced microscope according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, the probe-enhanced microscope according to an embodiment of the present invention can be used for analysis of analytes, and includes a metal substrate 10, a plasmonic probe 20, a light source unit (not shown), It may include a distance control unit 30, an electric field generator 40, and a spectroscope (not shown).
금속 기판(10)에는 분석물질(1)이 위치한다. 금속 기판(10)은, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 코발트(Co), 크롬(Cr), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 금속 기판(10)의 재료는 전기장 생성부(40)와 연결되어 플라즈모닉 탐침(20)과의 사이에 전기장을 생성할 수 있는 것이라면 제한되지 않는다. 도 1에 도시된 본 발명에 따른 일 실시예를 참조하면, 금속 기판(10)은 금(Au)으로 형성될 수 있다.The analyte 1 is located on the metal substrate 10. The metal substrate 10 is, for example, gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), cobalt (Co), chromium (Cr), platinum (Pt), palladium (Pd). , rhodium (Rh), titanium (Ti), and nickel (Ni). The material of the metal substrate 10 is not limited as long as it is connected to the electric field generator 40 and can generate an electric field between the plasmonic probe 20 and the plasmonic probe 20. Referring to an embodiment according to the present invention shown in FIG. 1, the metal substrate 10 may be formed of gold (Au).
금속 기판(10)의 일측 표면에는 산화물층이 형성될 수 있다. 산화물층은, 예를 들어, 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re), 스칸듐(Sc), 저마늄(Ge), 안티몬(Sb), 백금(Pt), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 가돌륨(Ga), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 징크(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 탄탈(Ta), 루테늄(Ru) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속 산화물일 수 있다. 산화물층은 퀀칭(quenching) 효과와 캡핑(capping) 효과를 주는 유전체(dielectric) 물질이라면 상술한 예시에 제한되지 않는다. 산화물층의 두께는, 10 nm 이하; 5 nm 이하; 2 nm 이하; 1 nm 이하; 또는 0.5 nm 이하로 형성될 수 있다.An oxide layer may be formed on one surface of the metal substrate 10. The oxide layer is, for example, iridium (Ir), molybdenum (Mo), rhenium (Re), scandium (Sc), germanium (Ge), antimony (Sb), platinum (Pt), nickel (Ni), gold. (Au), silver (Ag), indium (In), tin (Sn), silicon (Si), titanium (Ti), vanadium (V), gadollium (Ga), manganese (Mn), iron (Fe), Cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), zirconium (Zr), hafnium (Hf), aluminum (Al), niobium (Nb), nickel (Ni), chromium (Cr), tantalum (Ta), It may be a metal oxide containing one or more types selected from the group consisting of ruthenium (Ru) and tungsten (W). The oxide layer is not limited to the above examples as long as it is a dielectric material that provides a quenching effect and a capping effect. The thickness of the oxide layer is 10 nm or less; 5 nm or less; 2 nm or less; 1 nm or less; Alternatively, it may be formed to be 0.5 nm or less.
분석물질(1)은 탐침증강 현미경을 이용한 분석의 대상이 되는 물질로, 수 나노미터의 크기를 가질 수 있다. 분석물질(1)은 양자점(quantum dot)일 수 있으며, 양자점을 금속 기판(10)에 또는 금속 기판(10) 상의 산화물 층에 코팅하여 위치시킬 수 있다. 코팅은 예를 들어, 분사 코팅, 스핀 코팅일 수 있다. 코팅은 휘발성 강한 유기용매, 즉 Hexane과 양자점을 혼합한 이후에 양자점을 코팅하고 유기용매는 제거하고, 단일(single level) 양자점, 양자점 필름 또는 양자점 시트의 양자점 층을 획득할 수 있다. 양자점을 형성한 이후에 양자점 상에 산화물층을 더 형성할 수 있다.The analyte (1) is a material that is subject to analysis using a probe-enhanced microscope and may have a size of several nanometers. The analyte 1 may be a quantum dot, and the quantum dot may be placed on the metal substrate 10 or by coating an oxide layer on the metal substrate 10. The coating may be, for example, spray coating, spin coating. Coating is done by mixing quantum dots with a highly volatile organic solvent, that is, hexane, then coating the quantum dots, removing the organic solvent, and obtaining a quantum dot layer of a single level quantum dot, quantum dot film, or quantum dot sheet. After forming the quantum dots, an oxide layer may be further formed on the quantum dots.
분석물질(1)인 양자점은, 반도체 물질 및/또는 2차원 물질일 수 있으며, 예를 들어, 페로브스카이트 물질, 전이금속 칼코겐 화합물(예를 들어, MX2 (M은 전이금속원소 (주기율표 4~6족), X는 칼코겐 원소(주기율표. 16족)이다), 그래핀, h-BN(Hexagonal Boron Nitride), h-BCN(hexagonal boron-carbon-nitrogen), 플루오르그래핀(fluorographene), 산화그래핀(graphene oxide) 등일 수 있다. 다만, 양자점은 상술한 예시에 제한되지 않는다.The quantum dot, which is the analyte (1), may be a semiconductor material and/or a two-dimensional material, for example, a perovskite material, a transition metal chalcogenide compound (e.g., MX 2 (M is a transition metal element ( Groups 4-6 of the periodic table), ), graphene oxide, etc. However, quantum dots are not limited to the above examples.
플라즈모닉 탐침(20)은 말단이 분석물질(1)에 인접하게 위치하도록 형성되는 팁(tip)을 포함할 수 있다. 플라즈모닉 탐침(20)의 팁은, 예를 들어, 15 nm 이하의 크기를 가지도록 형성될 수 있다. 플라즈모닉 탐침(20)의 팁은 플라즈모닉 금속으로 형성되며, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 코발트(Co), 크롬(Cr), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명에 따른 일 실시예를 참조하면, 플라즈모닉 탐침(20)은 금(Au)으로 형성된 팁을 포함하도록 형성될 수 있다.The plasmonic probe 20 may include a tip whose end is positioned adjacent to the analyte 1. The tip of the plasmonic probe 20 may be formed to have a size of, for example, 15 nm or less. The tip of the plasmonic probe 20 is made of plasmonic metals, such as gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), cobalt (Co), chromium (Cr), and platinum (Pt). , palladium (Pd), rhodium (Rh), titanium (Ti), and nickel (Ni). Referring to an embodiment according to the present invention shown in FIG. 1, the plasmonic probe 20 may be formed to include a tip made of gold (Au).
플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10)의 사이에는, 광원의 적용에 의해 광 공진이 형성될 수 있다. 플라즈모닉 탐침(20)의 근처에는 정전기 피뢰침 효과(electrostatic lightning rod effect)로 인해 전하가 집중되고, 여기(excitation) 광원이 플라즈모닉 탐침(20)의 팁에 적용될 때, 플라즈모닉 탐침(20) 근처의 광학 필드는 전자들의 집합 공명 진동(collective resonant oscillations)으로 인해 국소 표면 플라즈몬 진동(localized surface plasmon resonance, LSPR) 효과를 제공할 수 있다. 플라즈모닉 탐침(20)은, TEPL(tip-enhanced photoluminescence) 및/또는 TERS(Tipenhanced Raman spectroscopy)의 탐침일 수 있다. Optical resonance may be formed between the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10 by applying a light source. Charges are concentrated near the plasmonic probe 20 due to the electrostatic lightning rod effect, and when an excitation light source is applied to the tip of the plasmonic probe 20, near the plasmonic probe 20 The optical field of can provide a localized surface plasmon resonance (LSPR) effect due to collective resonant oscillations of electrons. The plasmonic probe 20 may be a probe of tip-enhanced photoluminescence (TEPL) and/or tipenhanced Raman spectroscopy (TERS).
광원부는 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10)에 위치하는 분석물질(1) 사이에 광원을 조사하며, 광원 장치와 광 프로브를 포함할 수 있다. 광원장치는 광원을 방출한다. 예를 들어, 광원장치는 연속파를 방출하는 헬륨(He)-네온(Ne) 레이저일 수 있고, 단일 모드 섬유를 사용하여 공간 필터링 및 공간 일관성을 개선하기 위하여 직경이 확장될 수 있다. 광 프로브는 광원장치로부터 방출된 광원이 플라즈모닉 탐침(20)과 분석물질(1) 사이에 조사될 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 광 프로브는 반파장 판, 편광 스플리터(polarizing beam splitter), 4f 시스템, 및 대물렌즈(objective lens)를 포함할 수 있다.The light source unit irradiates a light source between the plasmonic probe 20 and the analyte 1 located on the metal substrate 10, and may include a light source device and an optical probe. The light source device emits a light source. For example, the light source may be a helium (He)-neon (Ne) laser that emits continuous waves, and the diameter may be expanded to improve spatial filtering and spatial coherence using single-mode fiber. The optical probe is formed so that the light source emitted from the light source device can be irradiated between the plasmonic probe 20 and the analyte 1. For example, an optical probe may include a half-wave plate, a polarizing beam splitter, a 4f system, and an objective lens.
거리 조절부(30)는 플라즈모닉 탐침(20)의 말단과 금속 기판(10) 사이의 거리를 조절하도록 형성되며, 소리굽쇠(tuning fork)(31) 및 압전소자(piezoelectric element)(32)를 포함할 수 있다.The distance control unit 30 is formed to adjust the distance between the end of the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10, and includes a tuning fork 31 and a piezoelectric element 32. can do.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 일 실시예를 참조하면, 소리굽쇠(31)는 플라즈모닉 탐침(20)의 일측에 형성될 수 있다. 소리굽쇠(31)는 접착제에 의해 플라즈모닉 탐침(20)의 일측에 결합될 수 있다. 예를 들어, 소리굽쇠(31)는 양 갈래로 분지된 다리를 가지도록 형상을 가지는 쿼츠(quartz) 소리굽쇠로 형성될 수 있다.Referring to an embodiment according to the present invention shown in FIG. 1, the tuning fork 31 may be formed on one side of the plasmonic probe 20. Tuning fork 31 may be coupled to one side of the plasmonic probe 20 by adhesive. For example, the tuning fork 31 may be formed as a quartz tuning fork shaped to have bifurcated legs.
소리굽쇠(31)에는 소리굽쇠(31)의 진폭과 위상을 검출할 수 있는 검출회로가 설치될 수 있다. 검출회로는 소리굽쇠(31)의 진폭과 위상을 검출할 수 있는 장치라면 제한되지 않는다. 플라즈모닉 탐침(20)이 분석물질(1)에 인접하게 되면, 플라즈모닉 탐침(20)의 말단과 분석물질(1)의 표면 사이에는 전단력(shear force)이 발생할 수 있다. 구체적으로, 전단력은 플라즈모닉 탐침(20)이 시료 표면에 20 nm 이하로 접근하였을 때 플라즈모닉 탐침(20)의 말단과 분석물질(1)의 표면 사이에 발생하는 반데르 발스 힘(Van der Waals' force) 등을 의미한다.A detection circuit capable of detecting the amplitude and phase of the tuning fork 31 may be installed in the tuning fork 31. The detection circuit is not limited as long as it is a device that can detect the amplitude and phase of the tuning fork 31. When the plasmonic probe 20 is adjacent to the analyte 1, shear force may occur between the end of the plasmonic probe 20 and the surface of the analyte 1. Specifically, the shear force is the Van der Waals force that occurs between the end of the plasmonic probe (20) and the surface of the analyte (1) when the plasmonic probe (20) approaches the sample surface at 20 nm or less. ' force), etc.
소리굽쇠(31)에 소정의 주파수를 가진 교류 전압을 인가하면, 소리굽쇠(31)의 진동에 의해 플라즈모닉 탐침(20)이 함께 진동할 수 있다. 이 때, 플라즈모닉 탐침(20)의 말단이 분석물질에 인접하게 되면 상술한 전단력에 의해 플라즈모닉 탐침(20)의 진동 특성이 변화되게 된다. 소리굽쇠(31)에 연결된 검출회로는 전단력에 의해 발생한 진동의 진폭 및 위상의 변화를 검출하며, 이러한 진동 특성의 변화에 기초하여 플라즈모닉 탐침(20)과 분석물질(1) 사이의 거리를 탐지할 수 있다.When an alternating voltage with a predetermined frequency is applied to the tuning fork 31, the plasmonic probe 20 may vibrate together due to the vibration of the tuning fork 31. At this time, when the end of the plasmonic probe 20 is adjacent to the analyte, the vibration characteristics of the plasmonic probe 20 change due to the shear force described above. The detection circuit connected to the tuning fork (31) detects changes in the amplitude and phase of vibration caused by the shear force, and can detect the distance between the plasmonic probe (20) and the analyte (1) based on the change in vibration characteristics. You can.
압전소자(32)는 금속 기판(10)의 하부면에 형성될 수 있다. 압전소자(32)는 전기가 흐르면 변형이 발생하는 구성으로, 전압의 크기를 조절하여 변위의 크기를 조절할 수 있다. 압전소자(32)는 분석물질(1)이 위치한 금속 기판(10)의 지점에서 변위를 발생시켜, 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10)의 거리를 조절할 수 있다. 압전소자(32)의 수평 방향의 변위에 기초하여 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10) 사이의 수평 거리가 조절될 수 있으며, 압전소자(32)의 수직 방향의 변위에 기초하여 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10) 사이의 수직 거리가 조절될 수 있다.The piezoelectric element 32 may be formed on the lower surface of the metal substrate 10. The piezoelectric element 32 is a structure in which deformation occurs when electricity flows, and the magnitude of the displacement can be adjusted by adjusting the magnitude of the voltage. The piezoelectric element 32 can generate displacement at a point on the metal substrate 10 where the analyte 1 is located, thereby adjusting the distance between the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10. The horizontal distance between the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10 can be adjusted based on the horizontal displacement of the piezoelectric element 32, and the plasmonic probe 20 can be adjusted based on the vertical displacement of the piezoelectric element 32. The vertical distance between the probe 20 and the metal substrate 10 can be adjusted.
거리 조절부(30)는, 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10) 사이의 거리, 즉 플라즈모닉 탐침(20)과 분석물질(1)의 거리의 제어를 통해, 플라즈모닉 탐침(20)의 플라즈몬(plasmon)과 분석물질(1)의 엑시톤(exciton) 사이에 발생하는 결합의 강도를 제어할 수 있으며, 결과적으로 플라즈모닉 탐침(20)의 플라즈몬과 분석물질(1)의 엑시톤 사이에 강한 결합을 형성할 수 있다. 강한 결합이란, 플라즈몬과 엑시톤의 결합강도(g)가 플라즈몬의 손실보다 큰 경우로, 엑시톤의 고유 특성을 벗어나는 상태를 말한다. 구체적으로, 강한 결합의 상태는, 플라즈몬과 엑시톤 간의 결합강도(g)가 플라즈몬 손실의 50%보다 큰 경우를 의미한다.The distance control unit 30 controls the distance between the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10, that is, the distance between the plasmonic probe 20 and the analyte 1, to control the plasmonic probe 20. It is possible to control the strength of the coupling that occurs between the plasmon of the analyte (1) and the exciton of the analyte (1), resulting in a strong bond between the plasmon of the plasmonic probe (20) and the exciton of the analyte (1). bonds can be formed. Strong coupling refers to a state in which the bond strength (g) between a plasmon and an exciton is greater than the loss of the plasmon, deviating from the intrinsic characteristics of the exciton. Specifically, the state of strong coupling means that the coupling strength (g) between plasmons and exciton is greater than 50% of the plasmon loss.
강한 결합의 상태에서, 라비 스플리팅(Rabi splitting)에 의해 상위 폴래리톤(upper polariton)과 하위 폴래리톤(lower polariton)의 두 에너지 레벨로 플레시톤(plexciton)이 형성되어, 반 빛-반 물질의 양자 하이브리드 상태(quantum hybrid state)에서 자발방출 신호를 얻을 수 있다. 또한, 일반적인 방사성 감쇠(radiative damping) 특성을 보이는 약한 결합(weak coupling) 상태의 동역학적 특성과는 달리, 강한 결합 영역에서는 플라즈모닉 나노구조와 발광체 간에 10 fs 크기로 매우 빠르고 주기적인 에너지 교환이 이루어지는 라비 오실레이션(Rabi oscillation)이 일어날 수 있다. 이에 따라 플렉시톤의 광발광의 세기가 급격히 증가할 수 있다. 본 발명에 따른 명세서에서, 분석물질(1)이 광신호를 발생시키는 것은, 분석물질(1)과 플라즈모닉 탐침(20) 사이에 형성되는 플렉시톤이 광 공진에 의해 광발광하는 것을 의미한다.In a state of strong coupling, plexciton is formed with two energy levels of upper polariton and lower polariton by Rabi splitting, resulting in anti-light- Spontaneous emission signals can be obtained from the quantum hybrid state of antimatter. In addition, unlike the dynamic characteristics of the weak coupling state, which exhibits general radiative damping characteristics, in the strong coupling region, very fast and periodic energy exchange occurs at a scale of 10 fs between the plasmonic nanostructure and the emitter. Rabi oscillation may occur. Accordingly, the intensity of photoluminescence of flexiton may rapidly increase. In the specification according to the present invention, the fact that the analyte 1 generates an optical signal means that the plexiton formed between the analyte 1 and the plasmonic probe 20 photoluminesces by optical resonance.
도 2는 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10) 상의 분석물질(1) 사이의 거리를 조절하여, 엑시톤과 플라즈몬의 결합을 제어한 결과를 도시한 도면이다. 도 2(a)는 플라즈모닉 탐침(20)과 분석물질(1) 사이의 수평 거리 및 수직 거리를 나타낸다. 도 2(b)는, 플라즈몬과 엑시톤 사이에, 강한 결합 영역(SC), 약한 결합 영역(WC), 원거리장 영역(far-field, FF)이 형성된 상태에서, 플라즈몬과 엑시톤의 결합에 의해 발생하는 광발광의 세기를 광원의 에너지 크기에 따라 나타낸 것이다. 도 2(b)를 참조하면, 플라즈몬과 엑시톤 사이에 강한 결합을 형성함에 따라, 광발광의 크기(TEPL intensity)를 크게 증가시킬 수 있다.Figure 2 is a diagram showing the results of controlling the combination of exciton and plasmon by adjusting the distance between the plasmonic probe 20 and the analyte 1 on the metal substrate 10. Figure 2(a) shows the horizontal and vertical distances between the plasmonic probe (20) and the analyte (1). Figure 2(b) is generated by the combination of plasmons and excitons, with a strong coupling region (SC), a weak coupling region (WC), and a far-field region (FF) formed between the plasmons and excitons. The intensity of photoluminescence is expressed according to the energy size of the light source. Referring to FIG. 2(b), by forming a strong bond between plasmons and exciton, the magnitude of photoluminescence (TEPL intensity) can be greatly increased.
도 2(c) 및 (d)는 플라즈모닉 탐침(20)과 분석물질(1) 사이의 수평 거리와, 플라즈몬과 엑시톤 간의 결합강도(g) 및 이에 따른 광발광의 크기(TEPL intensity)의 상관관계를 나타낸 도면이다. 도 2(e) 및 (f)는 플라즈모닉 탐침(20)과 분석물질(1) 사이의 수직 거리와, 플라즈몬과 엑시톤 간의 결합강도(g) 및 이에 따른 광발광의 크기(TEPL intensity)의 상관관계를 나타낸 도면이다. 도 2(c) 내지 (f)를 참조하면, 플라즈모닉 탐침(20)과 분석물질(1) 사이의 거리를 조절함에 따라, 플라즈몬과 엑시톤 사이의 강한 결합을 형성하고, 결합의 크기에 기초하여 광발광의 크기를 조절할 수 있는 것을 확인할 수 있다.Figures 2(c) and (d) show the correlation between the horizontal distance between the plasmonic probe 20 and the analyte 1, the coupling strength between plasmons and excitons (g), and the resulting photoluminescence intensity (TEPL intensity). This is a drawing showing the relationship. Figures 2(e) and (f) show the correlation between the vertical distance between the plasmonic probe 20 and the analyte 1, the coupling strength between plasmons and excitons (g), and the resulting photoluminescence intensity (TEPL intensity). This is a drawing showing the relationship. Referring to Figures 2(c) to (f), by adjusting the distance between the plasmonic probe 20 and the analyte 1, a strong bond is formed between the plasmon and the exciton, and based on the size of the bond, It can be seen that the size of photoluminescence can be adjusted.
도 2에 도시된 본 발명에 따른 일 실시예에서, 소리굽쇠(31)는 고유 진동수 32.768 kHz를 가지는 쿼츠 소리굽쇠가 이용되었으며, 압전소자(32)는 Physik Instrumente사의 P-611.3X가 이용되어, 0.1 nm의 미만의 위치 정밀도로 원자간 힘 피드백을 수행하여 플라즈모닉 탐침(20)과 분석물질(1) 사이의 거리가 조절되었다.In one embodiment according to the present invention shown in Figure 2, the tuning fork 31 is a quartz tuning fork with a natural frequency of 32.768 kHz, and the piezoelectric element 32 is P-611.3X from Physik Instrumente, 0.1 nm. The distance between the plasmonic probe (20) and the analyte (1) was adjusted by performing interatomic force feedback with a positional accuracy of less than .
전기장 생성부(40)는 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10)에 전기적으로 연결되어, 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10) 사이에 전기장을 형성할 수 있다. 플라즈모닉 탐침(20)이 인접한 분석물질(1)은, 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10) 사이에 형성된 전기장의 영향을 받을 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명에 따른 일 실시예를 참조하면, 전기장 생성부는 함수 발생기(function generator)를 더 포함할 수 있다. 함수 발생기는 소정의 전압을 전기장 생성부에 인가하여, 전기장의 크기를 제어할 수 있다.The electric field generator 40 may be electrically connected to the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10 to form an electric field between the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10. The analyte 1 to which the plasmonic probe 20 is adjacent may be affected by the electric field formed between the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10. Referring to an embodiment according to the present invention shown in FIG. 1, the electric field generator may further include a function generator. The function generator can control the size of the electric field by applying a predetermined voltage to the electric field generator.
분석물질(1) 주변에 형성되는 전기장은, 분석물질(1)의 엑시톤이 플라즈모닉 탐침(20)의 플라즈몬과 결합하여 발생한 플렉시톤의 광발광의 크기에 영향을 미친다. 이에 따라, 분석물질(1)의 전기적-광학적 상호작용을 탐지할 수 있으며, 또한 전기장의 세기에 기초하여 광발광의 크기를 조절할 수 있다.The electric field formed around the analyte 1 affects the size of the photoluminescence of the plexiton generated when the exciton of the analyte 1 combines with the plasmon of the plasmonic probe 20. Accordingly, the electrical-optical interaction of the analyte 1 can be detected, and the size of photoluminescence can be adjusted based on the strength of the electric field.
도 3은 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10) 사이에 형성된 전기장에 따른 플렉시톤의 광발광 특성을 나타낸 도면이다. 도 3(a)는 플라즈모닉 탐침(20)과 금속 기판(10) 사이에 전기장이 형성된 모습을 도시한 도면이며, 도 3(b)는 전기장 생성부(40)에 공급된 전압에 따른, 플라즈몬과 엑시톤의 결합에 의해 발생하는 광발광의 세기를 광원의 에너지 크기에 따라 나타낸 것이다. 도 3(b)를 참조하면, 전기장의 세기에 따라 광원의 에너지 크기에 따른 플렉시톤의 광발광의 세기가 달라질 수 있으므로, 이를 통해 분석물질(1)의 전기적-광학적 상호작용을 탐지할 수 있다. 도 3(c)는 전기장 생성부(40)에 공급된 전압에 따른, 플라즈몬과 엑시톤 사이의 결합강도(g) 및 광발광의 크기(TEPL intensity)를 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the photoluminescence characteristics of plexiton according to the electric field formed between the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10. Figure 3(a) is a diagram showing the electric field formed between the plasmonic probe 20 and the metal substrate 10, and Figure 3(b) shows the plasmonic field according to the voltage supplied to the electric field generator 40. The intensity of photoluminescence generated by the combination of and exciton is expressed according to the energy size of the light source. Referring to FIG. 3(b), the intensity of photoluminescence of plexiton depending on the energy size of the light source may vary depending on the intensity of the electric field, and thus the electrical-optical interaction of the analyte (1) can be detected. . FIG. 3(c) is a diagram showing the coupling strength (g) between plasmons and exciton and the magnitude of photoluminescence (TEPL intensity) according to the voltage supplied to the electric field generator 40.
분광기는 플렉시톤으로부터 발생한 광발광 신호에 기초하여 스펙트럼을 생성할 수 있다. 스펙트럼은 탐침증강 라만분광학(Tip-Enhanced Raman Spectroscopy; TERS)을 이용하여 라만 파수에 대한 탐침증강신호의 강도에 대한 스펙트럼, 탐침증강 광발광기술(Tip-Enhanced Photoluminescence; TEPL)을 이용하여 에너지에 대한 탐침증강신호의 강도에 대한 스펙트럼, 및 라만 및 IR 활성모드를 사용한 진동스펙트럼일 수 있다.The spectrometer can generate a spectrum based on the photoluminescence signal generated from the plexiton. The spectrum is a spectrum of the intensity of the probe-enhanced signal relative to the Raman wavenumber using tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS), and a spectrum of energy using tip-enhanced photoluminescence (TEPL). It may be a spectrum of the intensity of the probe enhancement signal, and a vibration spectrum using Raman and IR active modes.
본 발명의 일 실시예에 따른 탐침증강 현미경의 분석 방법을 이용하면, 별도의 챔버를 사용하지 않고 일반적인 연구 환경에서 0.1 미만 나노 수준의 노이즈로 플라즈모닉 탐침과 분석물질 사이의 거리를 유지할 수 있다. 또한 플라즈모닉 탐침과 분석물질 사이의 거리를 유지를 통해 안정적으로 광 공진의 크기를 조절할 수 있으며, 전기장을 유도할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탐침증강 현미경은 수십 나노 수준의 광분해능으로 샘플의 광학적 특성을 분석할 수 있고, 플라즈몬과의 결합 유도를 조절할 수 있으며, 전기장의 유도를 통해 전기적-광학적 상호작용을 탐구할 수 있다.By using the probe-enhanced microscope analysis method according to an embodiment of the present invention, the distance between the plasmonic probe and the analyte can be maintained with noise of less than 0.1 nanometer level in a general research environment without using a separate chamber. Additionally, by maintaining the distance between the plasmonic probe and the analyte, the size of the optical resonance can be stably adjusted and an electric field can be induced. The probe-enhanced microscope according to an embodiment of the present invention can analyze the optical properties of a sample with optical resolution at the tens of nanometer level, control the induction of coupling with plasmons, and achieve electrical-optical interaction through induction of an electric field. can be explored
이상, 본 발명의 탐침증강 현미경의 분석 방법에 대해 몇몇 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Above, the analysis method using a probe-enhanced microscope of the present invention has been described focusing on several examples, but the present invention is not limited to the above examples. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
본 발명은, 한국연구재단의 지원에 따른 이공학학술연구기반구축(기초과학연구소, 1345347881, 2021R1A6A1A10042944, 2020-03-01~2021-02-28)에 관련된 것이다. 또한, 본 발명은, 정보통신기획평가원의 지원에 따른 정보통신방송혁신인재양성(R&D)(양자정보소자 연구를 통한 양자정보 전문인력 육성, 1711174062, 00164799, 2022-07-01~2022-12-31)에 관련된 것이다.This invention is related to the establishment of a science and engineering academic research base pursuant to support from the National Research Foundation of Korea (Basic Science Research Institute, 1345347881, 2021R1A6A1A10042944, 2020-03-01 ~ 2021-02-28). In addition, the present invention is provided by the Information and Communication Broadcasting Innovation Talent Training (R&D) (Nurturing Quantum Information Professionals through Quantum Information Device Research, 1711174062, 00164799, 2022-07-01~2022-12-) pursuant to the support of the Information and Communications Planning and Evaluation Institute. 31).
1 분석물질 10 금속 기판
20 플라즈모닉 탐침 30 거리 조절부
31 소리 굽쇠 32 압전 소자
40 전기장 생성부1 analyte 10 metal substrate
20 Plasmonic probe 30 Distance control unit
31 tuning fork 32 piezoelectric element
40 Electric field generation unit
Claims (10)
상기 분석물질에 플라즈모닉 탐침을 인접하게 위치시키는 단계,
상기 플라즈모닉 탐침과 상기 분석물질 사이에 광을 조사하여, 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 분석물질 사이에 광 공진을 형성하는 단계,
상기 분석물질의 엑시톤과 상기 플라즈모닉 탐침의 플라즈몬 사이에 강한 결합이 형성되도록, 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 거리를 제어하는 단계,
상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이에 전기장을 형성하고, 상기 강한 결합에 의해 발생하는 광신호를 전기장을 통해 제어하는 단계, 및
상기 광신호를 입력받아 스펙트럼을 생성하는 단계를 포함하는, 탐침 증강 현미경의 분석 방법.positioning the analyte on a metal substrate;
Positioning a plasmonic probe adjacent to the analyte,
Irradiating light between the plasmonic probe and the analyte to form optical resonance between the plasmonic probe and the analyte,
Controlling the distance between the plasmonic probe and the metal substrate so that a strong bond is formed between the exciton of the analyte and the plasmon of the plasmonic probe,
Forming an electric field between the plasmonic probe and the metal substrate and controlling the optical signal generated by the strong coupling through the electric field, and
An analysis method of a probe-enhanced microscope, comprising the step of receiving the optical signal and generating a spectrum.
상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 거리를 제어하는 단계는,
상기 플라즈모닉 탐침의 일측에 형성된 소리굽쇠를 이용해 상기 플라즈모닉 탐침을 진동시키는 단계,
상기 플라즈모닉 탐침의 진동 특성에 기초하여 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 거리를 판단하는 단계,
상기 금속 기판에 결합되는 압전소자의 변위에 기초하여, 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 거리를 조절하는 단계, 및
상기 엑시톤과 상기 플라즈몬 사이에 강한 결합을 형성하는 단계를 포함하는, 탐침 증강 현미경의 분석 방법.According to paragraph 1,
The step of controlling the distance between the plasmonic probe and the metal substrate is,
Vibrating the plasmonic probe using a tuning fork formed on one side of the plasmonic probe,
Determining the distance between the plasmonic probe and the metal substrate based on the vibration characteristics of the plasmonic probe,
Adjusting the distance between the plasmonic probe and the metal substrate based on the displacement of the piezoelectric element coupled to the metal substrate, and
An analysis method of probe-enhanced microscopy, comprising forming a strong bond between the exciton and the plasmon.
상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 거리를 조절하는 단계는,
상기 압전소자의 수평 방향의 변위에 기초하여, 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 수평 거리를 조절하는 단계, 및
상기 압전소자의 수직 방향의 변위에 기초하여, 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 수직 거리를 조절하는 단계를 포함하는, 탐침 증강 현미경의 분석 방법.According to paragraph 2,
The step of adjusting the distance between the plasmonic probe and the metal substrate is,
Based on the horizontal displacement of the piezoelectric element, adjusting the horizontal distance between the plasmonic probe and the metal substrate, and
An analysis method of a probe-enhanced microscope, comprising the step of adjusting the vertical distance between the plasmonic probe and the metal substrate, based on the displacement of the piezoelectric element in the vertical direction.
상기 전기장의 크기를 제어하는 단계는,
상기 금속 기판 및 상기 플라즈모닉 탐침과 전기적으로 연결된 전기장 생성부를 이용하여, 상기 금속 기판 및 상기 플라즈모닉 탐침 사이에 전기장을 형성하는 단계, 및
상기 전기장의 크기에 기초하여, 상기 광신호의 크기 및 상태를 제어하는 단계를 포함하는, 탐침 증강 현미경의 분석 방법.According to paragraph 1,
The step of controlling the size of the electric field is,
Forming an electric field between the metal substrate and the plasmonic probe using an electric field generator electrically connected to the metal substrate and the plasmonic probe, and
An analysis method of a probe-enhanced microscope, comprising controlling the size and state of the optical signal based on the size of the electric field.
상기 분석물질과 인접하게 위치되는 플라즈모닉 탐침,
상기 플라즈모닉 탐침과 상기 분석물질 사이에 광 공진이 형성되도록, 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 분석물질 사이에 광을 조사하는 광원부,
상기 분석물질의 엑시톤과 상기 플라즈모닉 탐침의 플라즈몬 사이에 강한 결합이 형성되도록, 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 거리를 제어하는 거리 조절부,
상기 강한 결합에 의해 발생하는 광신호의 세기 및 상태를 조절하도록 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이에 형성되는 전기장의 크기를 제어하는 전기장 생성부, 및
상기 광신호를 입력받아 스펙트럼을 생성하는 분광기;를 포함하는 탐침증강 현미경.a metal substrate on which the analyte is located;
A plasmonic probe positioned adjacent to the analyte,
A light source unit that irradiates light between the plasmonic probe and the analyte so that optical resonance is formed between the plasmonic probe and the analyte;
A distance control unit that controls the distance between the plasmonic probe and the metal substrate so that a strong bond is formed between the exciton of the analyte and the plasmon of the plasmonic probe,
An electric field generator that controls the size of the electric field formed between the plasmonic probe and the metal substrate to control the intensity and state of the optical signal generated by the strong coupling, and
A probe-enhanced microscope comprising a spectrometer that receives the optical signal and generates a spectrum.
상기 거리 조절부는, 상기 플라즈모닉 탐침의 일측에 형성된 소리굽쇠 및 상기 금속 기판에 결합되는 압전소자를 포함하고,
상기 거리 조절부는, 상기 소리굽쇠를 이용해 상기 플라즈모닉 탐침을 진동시키고, 상기 플라즈모닉 탐침의 진동 특성에 기초하여 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 거리를 판단하고, 상기 압전소자의 변위에 기초하여, 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 거리를 조절하고, 상기 엑시톤과 상기 플라즈몬 사이에 강한 결합을 형성하는, 탐침 증강 현미경.According to clause 5,
The distance control unit includes a tuning fork formed on one side of the plasmonic probe and a piezoelectric element coupled to the metal substrate,
The distance control unit vibrates the plasmonic probe using the tuning fork, determines the distance between the plasmonic probe and the metal substrate based on the vibration characteristics of the plasmonic probe, and determines the distance between the plasmonic probe and the metal substrate based on the displacement of the piezoelectric element. , A probe-enhanced microscope that adjusts the distance between the plasmonic probe and the metal substrate and forms a strong bond between the exciton and the plasmon.
상기 거리 조절부는, 상기 압전소자의 수평 방향의 변위에 기초하여 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 수평 거리를 조절하고, 상기 압전소자의 수직 방향의 변위에 기초하여 상기 플라즈모닉 탐침과 상기 금속 기판 사이의 수직 거리를 조절하는, 탐침 증강 현미경.According to clause 6,
The distance control unit adjusts the horizontal distance between the plasmonic probe and the metal substrate based on the horizontal displacement of the piezoelectric element, and the plasmonic probe and the metal based on the vertical displacement of the piezoelectric element. Probe-enhanced microscopy with adjustable vertical distance between substrates.
상기 전기장 생성부는 상기 금속 기판 및 상기 플라즈모닉 탐침과 전기적으로 연결되어 전기장을 형성하고, 상기 전기장의 크기에 기초하여 상기 광신호의 크기를 증가시키는, 탐침 증강 현미경.According to clause 5,
The electric field generator is electrically connected to the metal substrate and the plasmonic probe to form an electric field, and increases the size of the optical signal based on the size of the electric field.
상기 강한 결합은 상기 플라즈몬과 상기 엑시톤의 결합 강도가 상기 플라즈몬의 손실보다 큰 상태인, 탐침 증강 현미경.According to clause 5,
The strong coupling is a state in which the bonding strength of the plasmon and the exciton is greater than the loss of the plasmon.
상기 강한 결합은 상기 플라즈몬과 상기 엑시톤의 결합 강도가 상기 플라즈몬의 손실보다 큰 상태인, 탐침 증강 현미경의 분석 방법.According to paragraph 1,
The strong bond is a state in which the bond strength between the plasmon and the exciton is greater than the loss of the plasmon.
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