RU2731164C1 - Near-field optical microscope probe - Google Patents

Near-field optical microscope probe Download PDF

Info

Publication number
RU2731164C1
RU2731164C1 RU2020110147A RU2020110147A RU2731164C1 RU 2731164 C1 RU2731164 C1 RU 2731164C1 RU 2020110147 A RU2020110147 A RU 2020110147A RU 2020110147 A RU2020110147 A RU 2020110147A RU 2731164 C1 RU2731164 C1 RU 2731164C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tip
optically transparent
quantum dots
area
tapered
Prior art date
Application number
RU2020110147A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Орестович Белорус
Андрей Игорьвич Пастухов
Сергей Юрьевич Краснобородько
Дмитрий Александрович Козодаев
Вячеслав Алексеевич Мошников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НТ-МДТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НТ-МДТ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НТ-МДТ"
Priority to RU2020110147A priority Critical patent/RU2731164C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2731164C1 publication Critical patent/RU2731164C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/08—Probe characteristics
    • G01Q70/10—Shape or taper

Abstract

FIELD: scanning probe microscopy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of scanning probe microscopy and can be used in studying the microrelief of reflecting surfaces, for example, in crystallography, metrology, when studying high-molecular compounds, as well as for local studies of microobjects in the form of nanostructured materials and biological objects. Probe of near-field optical microscope is made in form of optically transparent sharpened element 1, which is an optically transparent sharpened capillary element 1 with tip 4, in the area of which there is optical matching device 6, conjugated with optically transparent sharpened capillary element 1. On the outer side of the optically transparent sharpened element 1 there is conductive layer 5, and in the point of tip 4 there is an optical matching device 6.
EFFECT: technical result consists in improvement of reliability of a near-field optical microscope.
7 cl, 9 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии (или ближнепольной оптической микроскопии сверхвысокого разрешения) и может быть использовано при исследовании микрорельефа отражающих поверхностей, например, в кристаллографии, метрологии, при изучении высокомолекулярных соединений, а так же для локальных исследований микрообъектов в виде наноструктурированных материалов и биологических объектов. Предшествующий уровень техникиThe invention relates to the field of scanning probe microscopy (or near-field optical microscopy of ultra-high resolution) and can be used in the study of the microrelief of reflecting surfaces, for example, in crystallography, metrology, in the study of high-molecular compounds, as well as for local research of micro-objects in the form of nanostructured materials and biological objects. Prior art

Известен зонд ближнепольного оптического микроскопа, выполненный в виде оптически прозрачного заостренного элемента (световода), включающего конусообразную часть с острием, при этом на внешней стороне оптически прозрачного заостренного элемента нанесен проводящий слой, а в зоне острия расположено средство оптического согласования [RU 171556 U1].Known near-field optical microscope probe, made in the form of an optically transparent pointed element (light guide), including a tapered part with a tip, a conductive layer is applied on the outer side of the optically transparent pointed element, and an optical matching means is located in the tip area [RU 171556 U1].

Недостаток этого устройства заключается в низкой его надежности, обусловленной использованием механически незащищенного световода.The disadvantage of this device is its low reliability due to the use of a mechanically unprotected light guide.

Известен также зонд ближнепольного оптического микроскопа, выполненный в виде оптически прозрачного заостренного элемента (световода), включающего цилиндрическую часть и конусообразную часть с острием, при этом на внешней стороне оптически прозрачного заостренного элемента нанесен проводящий слой, а в зоне острия расположено средство оптического согласования [RU2663266].Also known is the probe of a near-field optical microscope, made in the form of an optically transparent pointed element (light guide), including a cylindrical part and a tapered part with a tip, while on the outer side of the optically transparent pointed element is applied a conductive layer, and in the area of the tip is an optical matching means [RU2663266 ].

Недостаток этого устройства заключается в низкой его надежности, также обусловленной использованием механически незащищенного световода.The disadvantage of this device is its low reliability, also due to the use of a mechanically unprotected light guide.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности зонда ближнепольного оптического микроскопа. Указанный технический результат достигается тем, что в зонде ближнепольного оптического микроскопа, выполненного в виде оптически прозрачного заостренного элемента, включающего цилиндрическую часть и конусообразную часть с острием, при этом на внешней стороне оптически прозрачного заостренного элемента нанесен проводящий слой, а в зоне острия расположено средство оптического согласования, оптически прозрачный заостренный элемент, выполнен в виде оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента с острием, в зоне которого расположено средство оптического согласования, сопряженное с оптически прозрачным заостренным капиллярным элементом.The technical result of the invention is to improve the reliability of the near-field optical microscope probe. The specified technical result is achieved by the fact that in the probe of the near-field optical microscope, made in the form of an optically transparent sharpened element, including a cylindrical part and a conical part with a tip, a conductive layer is applied on the outer side of the optically transparent pointed element, and an optical means is located in the tip zone. matching, an optically transparent pointed element, is made in the form of an optically transparent pointed capillary element with a tip, in the zone of which an optical matching means is located, coupled with an optically transparent pointed capillary element.

Существует вариант, в котором конусообразная часть в зоне острия выполнена в виде сплошного элемента, а средство оптического согласования выполнено в виде раствора коллоидных квантовых точек, расположенного внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента, в зоне его острия.There is a variant in which the cone-shaped part in the tip area is made in the form of a solid element, and the optical matching means is made in the form of a solution of colloidal quantum dots located inside an optically transparent tapered capillary element in the area of its tip.

Существует также вариант, в котором конусообразная часть в зоне острия выполнена в виде сплошного элемента, а средство оптического согласования выполнено в виде слоя коллоидных квантовых точек, расположенного внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента, в зоне его острия.There is also an option in which the tapered part in the tip area is made in the form of a solid element, and the optical matching means is made in the form of a layer of colloidal quantum dots located inside an optically transparent tapered capillary element in the area of its tip.

Существует также вариант, в котором конусообразная часть в зоне острия выполнена в виде сплошного элемента, а средство оптического согласования выполнено в виде пористой матрицы с коллоидными квантовыми точками, закрепленной на острие.There is also a variant in which the tapered part in the tip area is made in the form of a solid element, and the optical matching means is made in the form of a porous matrix with colloidal quantum dots fixed to the tip.

Существует также вариант, в котором конусообразная часть в зоне острия имеет отверстие, при этом пористая матрица с коллоидными квантовыми точками закреплена на острие и сопряжена с отверстием.There is also a variant in which the cone-shaped part in the tip region has a hole, while the porous matrix with colloidal quantum dots is fixed on the tip and mated with the hole.

Существует также вариант, в котором внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента расположен отрезок световода, заостренный конец которого оптически сопряжен с острием.There is also a variant in which a segment of an optical fiber is located inside the optically transparent tapered capillary element, the tapered end of which is optically coupled with the tip.

Существует также вариант, в котором проводящий слой выполнен в виде первого проводящего элемента и второго проводящего элемента, электрически изолированных друг от друга.There is also a variant in which the conductive layer is made in the form of a first conductive element and a second conductive element, electrically isolated from each other.

Реализация изобретенияImplementation of the invention

На фиг. 1 изображен зонд ближнепольного оптического микроскопа в общем виде.FIG. 1 shows a near-field optical microscope probe in general view.

На фиг. 2 изображен зонд ближнепольного оптического микроскопа с раствором коллоидных квантовых точек.FIG. 2 shows a near-field optical microscope probe with a solution of colloidal quantum dots.

На фиг. 3 изображен зонд ближнепольного оптического микроскопа со слоем коллоидных квантовых точек.FIG. 3 shows a near-field optical microscope probe with a layer of colloidal quantum dots.

На фиг. 4 изображен зонд ближнепольного оптического микроскопа с пористой матрицей, включающей коллоидные квантовые точки.FIG. 4 shows a near-field optical microscope probe with a porous matrix including colloidal quantum dots.

На фиг. 5 изображен зонд ближнепольного оптического микроскопа с отверстием в зоне острия и с пористой матрицей, включающей коллоидные квантовые точки.FIG. 5 shows a near-field optical microscope probe with a hole in the tip area and with a porous matrix including colloidal quantum dots.

На фиг. 6 изображен зонд ближнепольного оптического микроскопа со световодом.FIG. 6 shows a near-field optical microscope probe with a light guide.

На фиг. 7 изображен зонд ближнепольного оптического микроскопа с первым и вторым проводящими элементами.FIG. 7 shows a near-field optical microscope probe with first and second conductive elements.

На фиг. 8 изображен вариант использования зонда с осевой подсветкой.FIG. 8 shows an example of using a probe with axial illumination.

На фиг. 9 изображен вариант использования зонда с боковой подсветкой.FIG. 9 shows an example of using a side illuminated probe.

Зонд ближнепольного оптического микроскопа выполнен в виде оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 (фиг. 1), включающего цилиндрическую часть 2 и конусообразную часть 3 с острием 4. На внешней стороне оптически прозрачного заостренного элемента 1 нанесен проводящий слой 5. В зоне острия 4 расположено средство оптического согласования 6, сопряженное с оптически прозрачным заостренным капиллярным элементом 1.The probe of the near-field optical microscope is made in the form of an optically transparent pointed capillary element 1 (Fig. 1), including a cylindrical part 2 and a conical part 3 with a tip 4. A conductive layer 5 is applied on the outer side of the optically transparent pointed element 1. In the area of the tip 4 there is a means optical matching 6, coupled with an optically transparent tapered capillary element 1.

При этом у оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 острие 4 имеет радиус закругления в диапазоне от 80 нм до 120 нм. В качестве материала оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 можно использовать обычные и кварцевые стекла, оптически прозрачные полимеры. При этом наружный диаметр оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 может быть в диапазоне от 0.125 мм до 1.8 мм, а толщина его стенок может составлять величину от 500 нм до 1000 нм.In this case, the tip 4 of the optically transparent tapered capillary element 1 has a radius of curvature in the range from 80 nm to 120 nm. As the material of the optically transparent tapered capillary element 1, ordinary and quartz glasses, optically transparent polymers can be used. In this case, the outer diameter of the optically transparent tapered capillary element 1 can be in the range from 0.125 mm to 1.8 mm, and its wall thickness can be from 500 nm to 1000 nm.

Существует вариант, в котором конусообразная часть 3 (фиг. 2) в зоне острия 4 выполнена в виде сплошного элемента 7, а средство оптического согласования 6 выполнено в виде раствора коллоидных квантовых точек 8, расположенного внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, в зоне его острия 4. Коллоидные квантовые точки могут представлять собой органо-неорганические перовскитные соединения, наночастицы на основе халькогенидов цинка, кадмия и свинца, а также структуры ядро-оболочка. Объем раствора коллоидных квантовых точек 8 может быть не больше объема оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1.There is an option in which the cone-shaped part 3 (Fig. 2) in the area of the tip 4 is made in the form of a solid element 7, and the optical matching means 6 is made in the form of a solution of colloidal quantum dots 8 located inside an optically transparent tapered capillary element 1, in the area of its points 4. Colloidal quantum dots can be organo-inorganic perovskite compounds, nanoparticles based on zinc, cadmium and lead chalcogenides, as well as core-shell structures. The volume of the solution of colloidal quantum dots 8 can be no more than the volume of the optically transparent tapered capillary element 1.

Существует также вариант, в котором конусообразная часть 3 (фиг. 3) в зоне острия 4 выполнена в виде сплошного элемента 7, а средство оптического согласования 6 выполнено в виде слоя коллоидных квантовых точек 9, расположенного внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, в зоне его острия 4. Толщина слоя коллоидных квантовых точек 9 зависит от используемого материала. Так для первоскитных соединений толщина слоя не может превышать 300 нм, для наночастиц на основе халькогенидов цинка, кадмия и свинца, а также структур ядро-оболочка толщина слоя не может превышать 100 нм. Нанесение слоя коллоидных квантовых точек 9 может быть осуществлено методом введения их в оптически прозрачный заостренный капиллярный элемент 1 под давлением с помощью дозаторов и на основе капиллярного эффекта.There is also an option in which the cone-shaped part 3 (Fig. 3) in the area of the tip 4 is made in the form of a solid element 7, and the optical matching means 6 is made in the form of a layer of colloidal quantum dots 9 located inside an optically transparent tapered capillary element 1, in the area its points 4. The thickness of the layer of colloidal quantum dots 9 depends on the material used. For example, for first-mosquito compounds, the layer thickness cannot exceed 300 nm, for nanoparticles based on zinc, cadmium and lead chalcogenides, as well as core-shell structures, the layer thickness cannot exceed 100 nm. The deposition of a layer of colloidal quantum dots 9 can be carried out by introducing them into an optically transparent pointed capillary element 1 under pressure using dispensers and based on the capillary effect.

Существует также вариант, в котором конусообразная часть 3 (фиг. 4) в зоне острия 4 выполнена в виде сплошного элемента 7, а средство оптического согласования 6 выполнено в виде пористой матрицы с коллоидными квантовыми точками 10, закрепленной на острие 4. Пористая матрица с коллоидными квантовыми точками 10 может представлять собой фрагмент слоя пористого материала на основе оксидов металлов, полупроводников, различных полимеров, целлюлозы (см., например, [1-4]). Закрепление пористой матрицы с коллоидными квантовыми точками 10 на острие 4 может быть осуществлено методом изготовления субмикронного сферического зонда с калиброванным радиусом кривизны (см., например, [5]).There is also a variant in which the cone-shaped part 3 (Fig. 4) in the area of the tip 4 is made in the form of a solid element 7, and the optical matching means 6 is made in the form of a porous matrix with colloidal quantum dots 10, fixed on the tip 4. A porous matrix with colloidal quantum dots 10 can be a fragment of a layer of a porous material based on metal oxides, semiconductors, various polymers, cellulose (see, for example, [1-4]). The fixation of the porous matrix with colloidal quantum dots 10 on the tip 4 can be carried out by the method of manufacturing a submicron spherical probe with a calibrated radius of curvature (see, for example, [5]).

Существует также вариант, в котором конусообразная часть 3 (фиг. 5) в зоне острия 4 имеет отверстие 11, при этом пористая матрица с коллоидными квантовыми точками 10 закреплена на острие 4 и сопряжена с отверстием 11. Диаметр отверстия 11 может быть не более внутреннего диаметра оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1.There is also a variant in which the tapered part 3 (Fig. 5) in the region of the tip 4 has a hole 11, while the porous matrix with colloidal quantum dots 10 is fixed on the tip 4 and mates with the hole 11. The diameter of the hole 11 can be no more than the inner diameter optically transparent tapered capillary element 1.

Существует также вариант, в котором внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 (фиг. 6) расположен отрезок световода 13, заостренный конец 14 которого оптически сопряжен с острием 4. При этом в качестве средства оптического согласования 6 можно использовать и раствор коллоидных квантовых точек 8, расположенный внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, в зоне его острия 4, и слой коллоидных квантовых точек 9, расположенный внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, в зоне его острия 4, и пористую матрицу с коллоидными квантовыми точками 10, закрепленную на острие 4, а также пористую матрицу с коллоидными квантовыми точками 10, закрепленную на острие 4 и сопряженную с отверстием 11 (на фиг. 6 эти варианты детально не показаны).There is also a variant in which inside the optically transparent tapered capillary element 1 (Fig. 6) there is a section of the light guide 13, the tapered end 14 of which is optically conjugated with the tip 4. In this case, a solution of colloidal quantum dots 8 can also be used as an optical matching means 6, located inside an optically transparent tapered capillary element 1, in the area of its tip 4, and a layer of colloidal quantum dots 9, located inside an optically transparent tapered capillary element 1, in the area of its tip 4, and a porous matrix with colloidal quantum dots 10, fixed on the tip 4 and also a porous matrix with colloidal quantum dots 10, fixed on the tip 4 and conjugated with the hole 11 (in Fig. 6 these options are not shown in detail).

Существует также вариант, в котором проводящий слой 5 (фиг. 7) выполнен в виде первого проводящего элемента 16 и второго проводящего элемента 17, электрически изолированных друг от друга. В качестве материала первого проводящего элемента 16 и второго проводящего элемента 17 можно использовать подслой из хрома (Cr) и слоя алюминия (Al), а его толщина может быть в диапазоне от 90 нм до 150 нм.There is also a variant in which the conductive layer 5 (Fig. 7) is made in the form of the first conductive element 16 and the second conductive element 17, electrically isolated from each other. As the material of the first conductive element 16 and the second conductive element 17, a sublayer of chromium (Cr) and an aluminum (Al) layer can be used, and its thickness can be in the range from 90 nm to 150 nm.

В одном из вариантов использования зонда ближнепольного оптического микроскопа его продольную ось размешают по оси первого источника излучения 18 (фиг. 8), в качестве которого может быть лазер с длиной волны в диапазоне от 300 нм до 400 нм. При этом на подложке 19 закрепляют образец 20, с которым сопряжен детектор 21 посредством системы линз 22. На образце 20 формируется область возбуждения флуоресценции образца 23. В качестве подложки 19 могут быть использованы монокристаллические пластины кремния, кварцевые или предметные стекла. В качестве образца 20 могут выступать высокомолекулярные соединения, микрообъекты в виде наноструктурированных материалов и биологические объекты. В качестве детектора 21 можно использовать полупроводниковые (А2 В6, А3В5) фотодетекторы на видимый диапазон излучения. Для конфигурирования системы подачи потенциала на первый проводящий элемент 16 и второй проводящий элемент 17 подают потенциал с помощью блока подачи потенциала 24. Первый источник излучения 18, детектор 21, блок подачи потенциала 24 и зонд ближнепольного оптического микроскопа подключены к центральному блоку управления 25, который соединен с блоком питания 26. В качестве центрального блока управления 25 условно можно подразумевать сканирующий зондовый микроскоп с его элементами (см. подробно [RU 171556 U1, RU2663266, RU 2616854, RU 2695027].In one of the variants of using the near-field optical microscope probe, its longitudinal axis is placed along the axis of the first radiation source 18 (Fig. 8), which can be a laser with a wavelength in the range from 300 nm to 400 nm. In this case, a sample 20 is fixed on the substrate 19, with which the detector 21 is coupled by means of a system of lenses 22. A fluorescence excitation region of the sample 23 is formed on the sample 20. Single-crystal silicon wafers, quartz or glass slides can be used as the substrate 19. Sample 20 can be high-molecular compounds, micro-objects in the form of nanostructured materials and biological objects. Semiconductor (A2 B6, A3B5) photodetectors for the visible range of radiation can be used as detector 21. To configure the potential supply system, the first conductive element 16 and the second conductive element 17 are supplied with potential using the potential supply unit 24. The first radiation source 18, the detector 21, the potential supply unit 24 and the near-field optical microscope probe are connected to the central control unit 25, which is connected with a power supply unit 26. As a central control unit 25, we can conventionally mean a scanning probe microscope with its elements (see in detail [RU 171556 U1, RU2663266, RU 2616854, RU 2695027].

В другом варианте использования зонда ближнепольного оптического микроскопа ось второго источника излучения 27 (фиг. 9) располагают перпендикулярно оси зонда ближнепольного оптического микроскопа с условием засветки конусообразной части 3, не подвергнутой металлизации. В качестве источника излучения 27 может быть использован также лазер с длиной волны излучения в диапазоне от 300 нм до 400 нм.In another embodiment of using the near-field optical microscope probe, the axis of the second radiation source 27 (Fig. 9) is positioned perpendicular to the axis of the near-field optical microscope probe with the condition of illumination of the cone-shaped part 3 not subjected to metallization. A laser with a radiation wavelength in the range from 300 nm to 400 nm can also be used as a radiation source 27.

Зонд ближнепольного оптического микроскопа функционирует следующим образом (см. фиг. 8, фиг. 9). С помощью центрального блока управления 25, зонд ближнепольного оптического микроскопа, выполненный в виде оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, подводят к поверхности образца 20. При этом зонд ближнепольного оптического микроскопа совершает колебательное движение параллельно поверхности образца 20. Измерение силы взаимодействия зонда ближнепольного оптического микроскопа с поверхностью образца 20 производится посредством центрального блока управления 25, тем самым обеспечивая сканирование поверхности образца 20. Подробно функционирование сканирующих зондовый микроскопов описано в патентах RU 171556 U1, RU 2663266, RU 2616854, RU 2695027.The probe of the near-field optical microscope operates as follows (see Fig. 8, Fig. 9). By means of the central control unit 25, the near-field optical microscope probe, made in the form of an optically transparent pointed capillary element 1, is brought to the surface of the sample 20. In this case, the near-field optical microscope probe vibrates parallel to the sample surface 20. Measurement of the interaction force of the near-field optical microscope probe with the surface of the sample 20 is performed by means of the central control unit 25, thereby providing scanning of the surface of the sample 20. The functioning of the scanning probe microscopes is described in detail in patents RU 171556 U1, RU 2663266, RU 2616854, RU 2695027.

В зонде ближнепольного оптического микроскопа, который выполнен в виде оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, включающего цилиндрическую часть 2 и конусообразную часть 3 с острием 4, оптическое возбуждение от первого источника излучения 18 (см. фиг. 8), поглощается средством оптического согласования 6, в качестве которого могут выступать раствор коллоидных квантовых точек 8, слой коллоидных квантовых точек 9 или пористая матрица с коллоидными квантовыми точками 10 в зависимости от конфигурации. После этого избыточная энергия выделяется через фотолюменисценцию средства оптического согласования 6. При этом длина волны излучения через фотолюменсценцию средства оптического согласования 6 зависит от размеров нанообъектов и материала, из которого состоит средство оптического согласования 6. Например, для органо-неорганических первоскитных соединений CsPbBr3, CH3NH3PbBr3 длина волны будет варьироваться в диапазоне от 500 нм до 550 нм. В случае системы ядро/оболочка CdSxSex-1/ZnS она будет зависеть от материала оболочки, например ZnS, и будет варьироваться в диапазоне от 610 нм до 630 нм. Это излучение распространяется вдоль оптической оси оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 и проникает в анализируемую область поверхности образца 20, после чего формируется область возбуждения флуоресценции образца 23. Для обеспечения концентрации излучения внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 и снижения шумов наружную часть оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 покрывают металлическим слоем, представляющим из себя проводящий слой 5, который в свою очередь может быть разделен на первый проводящий элемент 16 и второй проводящий элемент 17, играющих роль отражающего покрытия, управление которыми осуществляется с помощью блока подачи потенциала 24. При выходе излучения из области меньшей длины волны фотолюминесценции в 3-4 раза реализуется условие, соответствующее ближнепольной микроскопии, то есть, когда в области порядка 10 нм у поверхности образца 20 существуют эванесцентные волны, взаимодействие которых с нанообъектами приводит к изменению дальнодействующего оптического сигнала. Это позволяет проводить регистрацию сигнала, сфокусированного через оптическую систему линз 22 детектором 21. Управление зондом ближнепольного оптического микроскопа осуществляют с помощью центрального блока управления 25, который соединен с блоком питания 26. При размерах пятна, превышающих ближнепольный критерий, или когда проводящий слой 5 не разделен на первый проводящий элемент 16 и второй проводящий элемент 17, зонд ближнепольного оптического микроскопа, выполненный в виде оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, работает как сфокусированный оптический зонд.In the near-field optical microscope probe, which is made in the form of an optically transparent tapered capillary element 1, including a cylindrical part 2 and a conical part 3 with a tip 4, optical excitation from the first radiation source 18 (see Fig. 8) is absorbed by the optical matching means 6, which can be a solution of colloidal quantum dots 8, a layer of colloidal quantum dots 9 or a porous matrix with colloidal quantum dots 10, depending on the configuration. Thereafter, the excess energy is released through fotolyumenistsentsiyu optical alignment means 6. Here the emission wavelength via the optical alignment means fotolyumenstsentsiyu 6 depends on the size of nano-objects and the material of which the optical alignment means 6. For example, organo-inorganic compounds pervoskitnyh CsPbBr 3, CH 3 NH 3 PbBr 3 wavelength will range from 500 nm to 550 nm. In the case of the CdS x Se x-1 / ZnS core / shell system, it will depend on the shell material, for example ZnS, and will vary from 610 nm to 630 nm. This radiation propagates along the optical axis of the optically transparent tapered capillary element 1 and penetrates into the analyzed region of the sample surface 20, after which the fluorescence excitation region of the sample 23 is formed. element 1 is covered with a metal layer, which is a conductive layer 5, which in turn can be divided into a first conductive element 16 and a second conductive element 17, playing the role of a reflective coating, which is controlled by the potential supply unit 24. When radiation leaves In the region of shorter photoluminescence wavelength, the condition corresponding to near-field microscopy is realized by 3-4 times, that is, when in the region of the order of 10 nm near the surface of sample 20 there are evanescent waves, the interaction of which with the nanoobject This leads to a change in the long-range optical signal. This makes it possible to record the signal focused through the optical system of lenses 22 by the detector 21. The probe of the near-field optical microscope is controlled by the central control unit 25, which is connected to the power supply 26. For spot sizes exceeding the near-field criterion, or when the conductive layer 5 is not separated on the first conductive element 16 and the second conductive element 17, the probe of the near-field optical microscope, made in the form of an optically transparent tapered capillary element 1, operates as a focused optical probe.

В случае использования второго источника излучения 27 работа зонда ближнепольного оптического микроскопа осуществляется аналогичным образом. Отличие заключается в том, что оптическое возбуждение происходит таким образом, при котором оптическую ось второго источника излучения 27 располагают перпендикулярно оптической оси оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, обеспечивая оптическое возбуждение области конусообразной части 3 оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, в которой расположено средство оптического согласования 6 (см. фиг. 9). Управление вторым источником излучения 27 осуществляется посредством центрального блока управления 25, который соединен с блоком питания 26.In the case of using the second radiation source 27, the operation of the near-field optical microscope probe is carried out in a similar manner. The difference lies in the fact that optical excitation occurs in such a way in which the optical axis of the second radiation source 27 is positioned perpendicular to the optical axis of the optically transparent tapered capillary element 1, providing optical excitation of the region of the tapered part 3 of the optically transparent tapered capillary element 1, in which the optical matching 6 (see Fig. 9). The second radiation source 27 is controlled by the central control unit 25, which is connected to the power supply 26.

Технические результатыTechnical Results

То, что в зонде ближнепольного оптического микроскопа, выполненном в виде оптически прозрачного заостренного элемента, включающего цилиндрическую часть 2 и конусообразную часть 3 с острием 4, при этом на внешней стороне оптически прозрачного заостренного элемента нанесен проводящий слой 5, а в зоне острия 4 расположено средство оптического согласования 6, оптически прозрачный заостренный элемент, выполнен в виде оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 с острием 4, в зоне которого расположено средство оптического согласования 6, сопряженное с оптически прозрачным заостренным капиллярным элементом 1, повышает надежность устройства за счет использования более прочного по сравнению со световодом прототипа материала оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1.The fact that in the probe of the near-field optical microscope, made in the form of an optically transparent sharpened element, including a cylindrical part 2 and a conical part 3 with a tip 4, while on the outer side of the optically transparent pointed element, a conducting layer 5 is applied, and in the area of the tip 4 there is a means optical matching 6, an optically transparent tapered element, is made in the form of an optically transparent tapered capillary element 1 with a tip 4, in the area of which an optical matching means 6 is located, coupled with an optically transparent tapered capillary element 1, increases the reliability of the device due to the use of a more durable than with a fiber prototype of the material of the optically transparent tapered capillary element 1.

То, что конусообразная часть 3 в зоне острия 4 выполнена в виде сплошного элемента 7, а средство оптического согласования 6 выполнено в виде раствора коллоидных квантовых точек 8, расположенного внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, в зоне его острия 4, повышает надежность устройства за счет использования раствора коллоидных квантовых точек 8 в защищенном объеме оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1.The fact that the cone-shaped part 3 in the region of the tip 4 is made in the form of a solid element 7, and the optical matching means 6 is made in the form of a solution of colloidal quantum dots 8 located inside an optically transparent tapered capillary element 1 in the region of its tip 4 increases the reliability of the device for by using a solution of colloidal quantum dots 8 in a protected volume of an optically transparent tapered capillary element 1.

То, что конусообразная часть 3 в зоне острия 4 выполнена в виде сплошного элемента 7, а средство оптического согласования 6 выполнено в виде слоя коллоидных квантовых точек 9, расположенного внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1, в зоне его острия 4, повышает надежность устройства за счет использования слоя коллоидных квантовых точек 9 в защищенном объеме оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1.The fact that the cone-shaped part 3 in the area of the tip 4 is made in the form of a solid element 7, and the optical matching means 6 is made in the form of a layer of colloidal quantum dots 9 located inside an optically transparent tapered capillary element 1, in the area of its tip 4, increases the reliability of the device for through the use of a layer of colloidal quantum dots 9 in the protected volume of an optically transparent tapered capillary element 1.

То, что конусообразная часть 3 в зоне острия 4 выполнена в виде сплошного элемента 7, а средство оптического согласования 6 выполнено в виде пористой матрицы с коллоидными квантовыми точками 10, закрепленной на острие 4, повышает надежность устройства за счет надежного закрепления пористой матрицы с коллоидными квантовыми точками 10 на оптически прозрачном заостренном капиллярном элементе 1.The fact that the cone-shaped part 3 in the area of the tip 4 is made in the form of a solid element 7, and the optical matching means 6 is made in the form of a porous matrix with colloidal quantum dots 10, fixed on the tip 4, increases the reliability of the device due to the reliable fixation of the porous matrix with colloidal quantum dots. dots 10 on an optically transparent pointed capillary element 1.

То, что конусообразная часть 3 в зоне острия 4 имеет отверстие 11, при этом пористая матрица с коллоидными квантовыми точками 10 закреплена на острие 4 и сопряжена с отверстием 11, повышает надежность устройства за счет надежного закрепления пористой матрицы с коллоидными квантовыми точками 10 на оптически прозрачном заостренном капиллярном элементе 1 с отверстием 11.The fact that the cone-shaped part 3 in the region of the tip 4 has a hole 11, while the porous matrix with colloidal quantum dots 10 is fixed on the tip 4 and mated with the hole 11, increases the reliability of the device due to the reliable fixation of the porous matrix with colloidal quantum dots 10 on an optically transparent pointed capillary element 1 with a hole 11.

То, что внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента 1 расположен отрезок световода 13, заостренный конец 14 которого оптически сопряжен с острием 4, повышает надежность устройства за счет защиты оптически прозрачным заостренным капиллярным элементов 1 отрезка световода 13.The fact that inside the optically transparent tapered capillary element 1 there is a section of the light guide 13, the tapered end 14 of which is optically mated with the tip 4, increases the reliability of the device due to the protection of the optically transparent tapered capillary elements 1 of the section of the light guide 13.

То, что проводящий слой 5 выполнен в виде первого проводящего элемента 16 и второго проводящего элемента 17, электрически изолированных друг от друга, повышает разрешающую способность оборудования, в котором будет использоваться зонд ближнепольного оптического микроскопа за счет того, что средство оптического согласования 6 представляет из себя интегрально-оптический резонатор с резонансной частотой, равной частоте электромагнитной волны, оптическое возбуждение которой поступает от первого источника излучения 18 или от второго источника излучения 27 в зависимости от конфигурации.The fact that the conductive layer 5 is made in the form of the first conductive element 16 and the second conductive element 17, electrically isolated from each other, increases the resolution of the equipment in which the probe of the near-field optical microscope will be used due to the fact that the optical matching means 6 is an integrated optical resonator with a resonant frequency equal to the frequency of an electromagnetic wave, the optical excitation of which comes from the first radiation source 18 or from the second radiation source 27 depending on the configuration.

ЛитератураLiterature

1. Joo SH, Park JY, Tsung CK, Yamada Y, Yang P, Somorjai GA. Thermally stable Pt/mesoporous silica core-shell nanocatalysts for high-temperature reactions // Nature Materials. 2009. No 8: P. 126.1. Joo SH, Park JY, Tsung CK, Yamada Y, Yang P, Somorjai GA. Thermally stable Pt / mesoporous silica core-shell nanocatalysts for high-temperature reactions // Nature Materials. 2009.No 8: P. 126.

2. Tarasov S.A., Gracheva I.E., Gareev K.G. et al. Atomic force microscopy and photoluminescence analysis of porous metal oxide materials // Semiconductors. 2012. V. 46. No 13. P. 1584-1588.2. Tarasov S.A., Gracheva I.E., Gareev K.G. et al. Atomic force microscopy and photoluminescence analysis of porous metal oxide materials // Semiconductors. 2012. V. 46.No 13.P. 1584-1588.

3. Tarasov, S.A., Aleksandrova O.A., Maksimov A.I., Maraeva E. V., Matyushkin L.В., Moshnikov V.A., Musikhin S.F. Study of the Self-Organization Processes in Lead Sulfide Quantum Dots // Semiconductors. 2014. No. 13 (Vol.48). P. 1729-1731.3. Tarasov, S.A., Aleksandrova O.A., Maksimov A.I., Maraeva E. V., Matyushkin L.V., Moshnikov V.A., Musikhin S.F. Study of the Self-Organization Processes in Lead Sulfide Quantum Dots // Semiconductors. 2014. No. 13 (Vol. 48). P. 1729-1731.

4. Koshevoi V.L., Belorus A.O., Mikhailov I.I., Tarasov S.A., Solomonov A.V., Moshnikov V.A. Luminescent structure based on porous layers of gallium phosphide including embedded arrays of colloidal quantum dots of cadmium chalcogenides // Proceedings of the 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus) 2017. P. 1457-1459.4. Koshevoi V.L., Belorus A.O., Mikhailov I.I., Tarasov S.A., Solomonov A.V., Moshnikov V.A. Luminescent structure based on porous layers of gallium phosphide including embedded arrays of colloidal quantum dots of cadmium chalcogenides // Proceedings of the 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus) 2017. P. 1457-1459.

5. И.А. Няпшаев, A.B. Анкудинов, A.B. Стовпяга, Е.Ю. Трофимова, М.Ю. Еропкин. Диагностика живых клеток в атомно-силовом микроскопе, используя субмикронный сферический зонд калиброванного радиуса кривизны // Журнал технической физики. 2012. Том. 82. вып. 10, С. 109-116.5. I.A. Nyapshaev, A.B. Ankudinov, A.B. Stovpyaga, E.Yu. Trofimova, M. Yu. Eropkin. Diagnostics of living cells in an atomic force microscope using a submicron spherical probe of a calibrated radius of curvature // Journal of technical physics. 2012. Vol. 82. no. 10, pp. 109-116.

Claims (7)

1. Зонд ближнепольного оптического микроскопа, выполненный в виде оптически прозрачного заостренного элемента, включающего цилиндрическую часть и конусообразную часть с острием, при этом на внешней стороне оптически прозрачного заостренного элемента нанесен проводящий слой, а в зоне острия расположено средство оптического согласования, отличающийся тем, что оптически прозрачный заостренный элемент выполнен в виде оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента с острием, в зоне которого расположено средство оптического согласования, сопряженное с оптически прозрачным заостренным капиллярным элементом.1. The probe of a near-field optical microscope is made in the form of an optically transparent sharpened element, including a cylindrical part and a conical part with a tip, while a conductive layer is applied on the outer side of the optically transparent pointed element, and an optical matching means is located in the tip area, characterized in that the optically transparent tapered element is made in the form of an optically transparent tapered capillary element with a point, in the area of which an optical matching means is located, coupled with an optically transparent tapered capillary element. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конусообразная часть в зоне острия выполнена в виде сплошного элемента, а средство оптического согласования выполнено в виде раствора коллоидных квантовых точек, расположенного внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента, в зоне его острия.2. The device according to claim 1, characterized in that the tapered part in the tip area is made in the form of a solid element, and the optical matching means is made in the form of a solution of colloidal quantum dots located inside an optically transparent tapered capillary element in the area of its tip. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конусообразная часть в зоне острия выполнена в виде сплошного элемента, а средство оптического согласования выполнено в виде слоя коллоидных квантовых точек, расположенного внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента, в зоне его острия.3. The device according to claim 1, characterized in that the tapered part in the tip area is made in the form of a solid element, and the optical matching means is made in the form of a layer of colloidal quantum dots located inside an optically transparent tapered capillary element in the area of its tip. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конусообразная часть в зоне острия выполнена в виде сплошного элемента, а средство оптического согласования выполнено в виде пористой матрицы с коллоидными квантовыми точками, закрепленной на острие.4. The device according to claim 1, characterized in that the tapered part in the tip zone is made in the form of a solid element, and the optical matching means is made in the form of a porous matrix with colloidal quantum dots, fixed on the tip. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что конусообразная часть в зоне острия имеет отверстие, при этом пористая матрица с коллоидными квантовыми точками закреплена на острие и сопряжена с отверстием.5. The device according to claim 4, characterized in that the cone-shaped part in the tip region has a hole, while the porous matrix with colloidal quantum dots is fixed on the tip and is mated with the hole. 6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что внутри оптически прозрачного заостренного капиллярного элемента расположен отрезок световода, заостренный конец которого оптически сопряжен с острием.6. Device according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that inside the optically transparent tapered capillary element there is a segment of the light guide, the tapered end of which is optically coupled with the tip. 7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что проводящий слой выполнен в виде первого проводящего элемента и второго проводящего элемента, электрически изолированных друг от друга.7. Device according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the conductive layer is made in the form of a first conductive element and a second conductive element, electrically isolated from each other.
RU2020110147A 2020-03-11 2020-03-11 Near-field optical microscope probe RU2731164C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020110147A RU2731164C1 (en) 2020-03-11 2020-03-11 Near-field optical microscope probe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020110147A RU2731164C1 (en) 2020-03-11 2020-03-11 Near-field optical microscope probe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2731164C1 true RU2731164C1 (en) 2020-08-31

Family

ID=72421630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020110147A RU2731164C1 (en) 2020-03-11 2020-03-11 Near-field optical microscope probe

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2731164C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030197120A1 (en) * 2002-04-18 2003-10-23 Nec Corporation Nanotube, near-field light detecting apparatus and near-field light detecting method
US7312619B2 (en) * 1999-09-20 2007-12-25 Europaisches Laboratorium Fur Molekularbiologie (Embl) Multiple local probe measuring device and method
US8272068B2 (en) * 2007-03-12 2012-09-18 Hitachi, Ltd. Scanning probe microscope and sample observing method using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7312619B2 (en) * 1999-09-20 2007-12-25 Europaisches Laboratorium Fur Molekularbiologie (Embl) Multiple local probe measuring device and method
US20030197120A1 (en) * 2002-04-18 2003-10-23 Nec Corporation Nanotube, near-field light detecting apparatus and near-field light detecting method
US8272068B2 (en) * 2007-03-12 2012-09-18 Hitachi, Ltd. Scanning probe microscope and sample observing method using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5000300B2 (en) Surface plasmon microsensors and nanosensors for chemical or biological species
JP5560284B2 (en) Method for forming nanostructures through layers
US6649894B2 (en) Optical near field generator
Crozier et al. Plasmonics for surface enhanced raman scattering: Nanoantennas for single molecules
JP4801085B2 (en) Metal nanovoid photonic crystals for enhanced Raman spectroscopy
US10274514B2 (en) Metallic device for scanning near-field optical microscopy and spectroscopy and method for manufacturing same
US8695110B2 (en) Scanning probe microscope and sample observing method using the same
JPH05100168A (en) Light guide-in device for near-field optical microscope
Morozov et al. Metal–dielectric parabolic antenna for directing single photons
WO1996012206A1 (en) Fiber optic probe for near field optical microscopy
GB2419940A (en) Metal nano-void photonic crystal for enhanced Raman spectroscopy
US7940477B2 (en) Solid immersion lens and related method for making same
US10989867B2 (en) Microsphere based patterning of metal optic/plasmonic sensors including fiber based sensors
Schweikhard et al. Multiphoton scanning photoionization imaging microscopy for single-particle studies of plasmonic metal nanostructures
US5770855A (en) Microscopic electromagnetic radiation transmitter or detector
Levi et al. Sensitivity analysis of a photonic crystal structure for index-of-refraction sensing
US7391564B2 (en) Infrared focusing device
RU2731164C1 (en) Near-field optical microscope probe
CN110361362B (en) Biosensor based on dielectric nano antenna, preparation method and application
CN109374928B (en) Near-field scanning probe based on plasma focusing
US10261107B2 (en) Scanning resonator microscopy
Rosner et al. Near-field antennas integrated with scanning probes for THz to visible microscopy: Scale modeling and limitations on performance
US7297933B2 (en) Probe, near-field light generation apparatus including probe, exposure apparatus, and exposing method using probe
Ahmed et al. Antenna design for directivity-enhanced raman spectroscopy
Haugwitz et al. Optical dipole nano-antennas on glass substrates