Forskere udforsker nye dybder inden for infrarød nanospektroskopi

Forskere fra Nanooptics Group ved CIC nanoGUNE (San Sebastian) demonstrerer, at infrarød billeddannelse i nanoskala - som er etableret som en overfladefølsom teknik - kan bruges til kemisk nanoidentifikation af materialer, der er placeret op til 100 nm under en overflade. Resultaterne viser endvidere, at de infrarøde signaturer af tynde overfladelag adskiller sig fra underjordiske lag af samme materiale, som kan udnyttes til at skelne de to tilfælde. Fundene, for nylig udgivet i Naturkommunikation , skubbe teknikken et vigtigt skridt videre til kvantitativ kemometri på nanoskala i tre dimensioner.

Optisk spektroskopi med infrarødt lys, såsom Fourier transform infrarød (FTIR) spektroskopi, giver mulighed for kemisk identifikation af organiske og uorganiske materialer. De mindste objekter, der kan skelnes med konventionelle FTIR-mikroskoper, har størrelser på mikrometerskalaen. Forskere ved CIC nanoGUNE (San Sebastian), imidlertid, brugte nano-FTIR til at løse objekter, som kan være så lille som nogle få nanometer.

I nano-FTIR (som er baseret på nærfelts optisk mikroskopi), infrarødt lys spredes ved en skarp metalliseret spids af et scanning-probe-mikroskop. Spidsen scannes hen over overfladen af ​​en prøve af interesse, og spektrene af spredt lys optages ved hjælp af Fourier-transformationsdetektionsprincipper. Registrering af det spidsspredte lys giver prøvens infrarøde spektrale egenskaber og dermed den kemiske sammensætning af et område placeret direkte under spidsens spids. Fordi spidsen scannes hen over prøveoverfladen, nano-FTIR anses typisk for at være en overfladekarakteriseringsteknik.

Vigtigt dog, det infrarøde lys, der er nanofokuseret af spidsen, sonderer ikke kun et nanometrisk område under spidsen, men i virkeligheden sonderer et nanometrisk volumen under spidsen. Nu viste forskerne ved CIC nanoGUNE, at spektrale signaturer af materialer placeret under prøveoverfladen kan detekteres og kemisk identificeres op til en dybde på 100 nm. Desuden, forskerne viste, at nano-FTIR-signaler fra tynde overfladelag adskiller sig fra underjordiske lag af samme materiale, som kan udnyttes til bestemmelse af materialefordelingen i prøven. Bemærkelsesværdigt, overfladelag og underjordiske lag kan skelnes direkte fra eksperimentelle data uden at involvere tidskrævende modellering. Resultaterne er for nylig blevet offentliggjort i Naturkommunikation .