Die Grenzen der Auflösung in der Nahfeld-Optischen Mikroskopie neu definieren

Forschende haben ein neues Mikroskop entwickelt, das die optische Reaktion von Oberflächen mit einer beispiellosen räumlichen Auflösung von einem Nanometer visualisieren kann. Dies ebnet den Weg für die optische Mikroskopie atomarer Strukturen, wie einzelne Moleküle und atomare Defekte. Diese Fähigkeit ist wichtig für die optische Konstruktion von Nanomaterialien und Oberflächen auf der Ångström-Skala.

Wichtige Aspekte:

• Einen-Nanometer-Auflösung: Erreicht eine räumliche Auflösung von bis zu 1 Nanometer, was eine detaillierte optische Abbildung auf atomarer Ebene ermöglicht.
• Innovative Technik: Kombiniert Streuungstyp-Nahfeld-Optische Mikroskopie (s-SNOM) mit kontaktloser Rasterkraftmikroskopie (nc-AFM) und sichtbarer Laserbeleuchtung.
• Plasmonische Kavität: Nutzt ein eingeschränktes Nahfeld (spezialisiertes Lichtfeld) für verbesserten optischen Kontrast auf atomarer Ebene.

Das Verständnis der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie auf den kleinsten Skalen (Ångström-Skala) ist entscheidend für den Fortschritt in der Technologie und Materialwissenschaft. Atomare Strukturen, wie Defekte in Diamanten oder Moleküle in elektronischen Geräten, können die optischen Eigenschaften und die Funktionalität eines Materials erheblich beeinflussen. Um diese winzigen Strukturen zu erforschen, müssen wir die Möglichkeiten der optischen Mikroskopie erweitern.

Forschende in der Abteilung für Physikalische Chemie am Fritz-Haber-Institut haben einen Ansatz zur Streuungstyp-Nahfeld-Optischen Mikroskopie (s-SNOM) entwickelt, der eine räumliche Auflösung von 1 Nanometer erreicht. Diese Technik, benannt als Ultraniedrige Spitzenoszillationsamplitude s-SNOM (ULA-SNOM), kombiniert fortschrittliche Mikroskopiemethoden, um Materialien auf atomarer Ebene zu visualisieren.

Traditionelle s-SNOM-Methoden, die eine laserbeleuchtete Sondenspitze zum Abtasten von Oberflächen verwenden, erreichen typischerweise Auflösungen von 10 bis 100 Nanometern. Dies ist jedoch unzureichend für die Abbildung auf atomarer Skala. Durch die Integration von s-SNOM mit kontaktloser Rasterkraftmikroskopie (nc-AFM) und der Verwendung einer Silber-Spitze unter sichtbarer Laserbeleuchtung schufen die Forscher eine plasmonische Kavität (ein spezialisiertes Lichtfeld), die auf ein winziges Volumen beschränkt ist. Dies ermöglicht einen detaillierten optischen Kontrast auf der Ångström-Skala.

Dieser Ansatz ermöglicht es Wissenschaftler*innen, Materialien auf den kleinsten Skalen zu untersuchen, was potenziell zu Fortschritten bei der Gestaltung neuer Materialien für Elektronik oder medizinische Geräte führen könnte. Die Fähigkeit, Merkmale wie atomare Defekte und nanoskalige Strukturen mit solcher Präzision abzubilden, eröffnet neue Möglichkeiten für die optische Technik und Materialwissenschaft.

Zusammenfassend bietet diese Entwicklung ein wertvolles Werkzeug zur Charakterisierung von Oberflächen mit atomarer Präzision und trägt zu zukünftigen Fortschritten in der Einzelmolekül- und atomaren optischen Mikroskopie bei.