Патент на изобретение №2319118

(54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ РЕЗОНАНСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЗОНДА БЛИЖНЕГО ПОЛЯ ДЛЯ РАМАНОВСКОГО НАНОСПЕКТРОМЕТРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Способ заключается в том, что в дальней зоне измеряют излучение, рассеянное вершиной зонда, помещенного в нерадиационное экспоненциально затухающее (эванесцентное) световое поле, возникающее при полном внутреннем отражении белого света у подошвы призмы полного внутреннего отражения. Регистрируют спектр рассеяния и определяют спектральное положение максимума интенсивности рассеяния. Технический результат – возможность определения длины волны, на которой реализуется точный резонанс оптического возбуждения плазмонов, локализованных на вершине зонда. 2 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к способу контроля спектральной характеристики рассеяния металлического зонда сканирующего ближнепольного микроскопа, входящего в состав рамановского наноспектрометра.

Однако геометрические параметры зонда не имеют однозначной связи с частотным спектром резонансного усиления поля. Сравнение изображений тест-объектов, полученных с помощью разных зондов, дают возможность оценить разрешающую способность ближнепольного микроскопа, но недостаточны для оценки резонансных оптических свойств зонда для использования его в ближнепольном безапертурном рамановском наноспектрометре. К тому же эти методы трудоемки, часто приводят к разрушению зонда.

Технической задачей, решаемой изобретением, является определение резонансной длины волны света, возбуждающего локальные плазмоны для конкретного зонда. Источник света именно с такой длиной волны следует использовать при работе с данным зондом для обеспечения высоких значений контраста, чувствительности, пространственного разрешения и воспроизводимости результатов, а также для сокращения времени измерений.

Предлагаемый метод определения резонансной длины волны, на которой происходит максимальное усиление электромагнитного поля у вершины конкретного зонда, основан на том, что в дальней зоне измеряют излучение, рассеянное острием зонда, помещенного в нерадиационное эванесцентное электромагнитное поле, возникающее при полном внутреннем отражении белого света у подошвы призмы ПВО, регистрируют спектр рассеяния и находят спектральное положение максимума рассеяния. Это положение соответствует наиболее эффективной резонансной генерации плазмонов, локализованных на вершине зонда, что позволяет определить длину волны, на которой реализуется точный резонанс оптического возбуждения локальных плазмонов, а интенсивность рассеяния и люминесценции в пробном объекте, помещенном вблизи вершины зонда, достигает максимально возможного значения. Использование нерадиационного эванесцентного поля для возбуждения локальных плазмонов позволяет радикально уменьшить фоновые засветки и повысить чувствительность определений.

Таким образом, данное изобретение решает те задачи, которые не могли быть решены известными методами.

На фиг.1 показана схема устройства для регистрации спектра излучения, рассеянного зондом при помещении его в эванесцентное поле с целью определения резонансной длины волны. Выходящий из ксеноновой лампы 1 белый свет в виде параллельного пучка направляется на подошву призмы полного внутреннего отражения 2. У подошвы призмы возникает нерадиационное экспоненциально затухающее эванесцентное поле 3. Исследуемый зонд 4 закрепляется на трехкоординатном сканаторе 5. При подведении зонда к поверхности призмы вершина острия попадает в эванесцентное поле и возникает рассеяние в дальнюю зону. Система обратной связи 6 удерживает зонд на фиксированном расстоянии (10-100 нм) от поверхности. Рассеянное зондом излучение собирается микрообъективом 7 и направляется в спектрограф 8. Спектр регистрируется многоканальным ПЗС-приемником 9 и обрабатывается компьютером 10.

На фиг.2 приведены спектры света, рассеянного на вершинах двух золотых зондов с разной геометрией острий. Справа представлены электронно-микроскопические изображения острий. Масштабная метка соответствует 100 нм. Видно, что максимальные значения интенсивности рассеянного излучения находятся на разных длинах волн. Таким образом, при работе с зондом (а) следует использовать источник света с длиной волны 730 нм, а при работе с зондом (б) – 632 нм.

Формула изобретения

Способ регистрации резонансной характеристики металлического зонда ближнего поля для безапертурного рамановского наноспектрометра, отличающийся тем, что, с целью определения длины волны, на которой реализуется точный резонанс возбуждения плазмонов, локализованных на вершине зонда, вершину зонда помещают в нерадиационное, экспоненциально затухающее поле, возникающее при полном внутреннем отражении белого света у подошвы призмы полного внутреннего отражения, регистрируют спектр рассеянного вершиной зонда света в дальней зоне и определяют спектральное положение максимума рассеяния.

РИСУНКИ