Phonon polariton verbeterd nano-IR-contrastbeeldvormingsplatform. (a) Schets van het substraatverbeterde nano-IR-contrastbeeldvormingsplatform op basis van een polair kristalsubstraat onder de metalen punt. (b) Typische PiFM-spectra werden waargenomen op het monster nabij de IR-resonantie ervan en op het substraat nabij de door de punt geïnduceerde nabije veldresonantie. (c, d) Schema's voor beeldvorming van (c) PiTF van monster en (d) PiDF van het substraat en op een gelaagd monster afgezet op een PiDF-dominant substraat zoals weergegeven in (a). Credit: Nationale wetenschapsrecensie (2024). DOI: 10.1093/nsr/nwae101
Een nieuwe studie werd geleid door prof. Xing-Hua Xia (State Key Lab of Analytical Chemistry for Life Science, School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University). Tijdens het analyseren van de infrarode foto-geïnduceerde krachtrespons van kwarts observeerde Dr. Jian Li een unieke spectrale respons die verschilt van het verreveld-infraroodabsorptiespectrum.
“De foto-geïnduceerde krachtreactie volgt het reële deel in plaats van het denkbeeldige deel van de diëlektrische functie van kwarts.” zegt dokter Li. “We hebben onmiddellijk met de theoreticus Dr. Junghoon Jahng besproken om de experimentele resultaten te analyseren, en we waren het erover eens dat het de unieke fononpolariton aan het oppervlak van het kwarts is die de foto-geïnduceerde dipoolkracht extreem versterkt.”
Een artikel waarin deze bevindingen worden beschreven, is gepubliceerd in het journaal Nationale wetenschapsrecensie.
Om dit resultaat te verifiëren, vergeleek het team de spectrale respons van kwarts met behulp van fotothermisch geïnduceerde resonantie (PTIR) en foto-geïnduceerde krachtmicroscopie (PiFM), waaruit bleek dat foto-geïnduceerde dipoolkracht (PiDF) de foto-geïnduceerde thermische krachten (PiTF) van kwarts domineert. Omdat PiDF een meer uitgesproken relatie laat zien met de tip-kwartsafstand (~z−4) vergeleken met de PiTF (~z−3), stelde Dr. Li een algemene aanpak voor voor nano-IR-contrastbeeldvorming van ultradunne monsters die bovenop kwarts zijn geladen.
Het ultradunne monster, gekenmerkt door een positief reëel deel van de permittiviteit (zwakke oscillator), zal naar verwachting zwakke PiTF en PiDF vertonen nabij zijn infrarood (IR) resonantie. Er wordt echter een significante PiDF-verandering verwacht nabij de door de tip geïnduceerde nabije veldresonantie van het kwartssubstraat.
Deze spectrale verschillen dragen bij aan de contrasten in nano-IR-beeldvorming. Met name vertoont de PiDF-respons op kwarts een opvallendere signaalvariatie met betrekking tot de monsterdikte vergeleken met de PiTF van het monster. Voor ultradunne monsters vertoont PiDF-beeldvorming op kwarts een tegengesteld contrast met verbeterde gevoeligheid vergeleken met de nano-IR-contrastbeeldvorming met de PiTF van het monster.
Het team gebruikte een polydimethylsiloxaan (PDMS) wig voorbereid op een kwartssubstraat om de substraatverbeterde nano-IR-contrastbeeldvorming te demonstreren. De resultaten leveren duidelijk bewijs dat de PiDF kan worden gebruikt voor gevoelige nano-IR-beeldvorming van ultradunne monsters onder nanocaviteitsgeometrie met verbeterd contrast en gevoeligheid.
De onderzoekers pasten de nano-IR-beeldvormingsmethode verder toe om dunne covalente organische raamwerklagen en ondergrondse defecten onder blokcopolymeerfilms te visualiseren. Ze veronderstelden dat door het selecteren van geschikte IR-materialen die fononpolaritonen / reststrahlen-banden vertonen, gebruikers nanoimaging met hoge resolutie van specifieke kristallen en polymeermoleculen zouden kunnen bereiken, evenals biomoleculen met bekende vibratiemodusfrequenties.
Meer informatie:
Jian Li et al., Oppervlakte-fonon-polariton-verbeterde foto-geïnduceerde dipoolkracht voor infraroodbeeldvorming op nanoschaal, Nationale wetenschapsrecensie (2024). DOI: 10.1093/nsr/nwae101
Aangeboden door Science China Press
