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Mikroskopische Methoden

Nahfeld-optische Techniken

Die Nahfeld-optische Mikroskopie (engl. near field scanning optical microscopy, NSOM, oder scanning near-field optical microscopy, SNOM) ermöglicht eine optische Abbildung mit einer fast atomaren Auflösung. Dies gelingt mit konfokalem Licht bei dem die Auflösung auf etwa ⅓ gesteigert werden kann. Im Nahfeld wird eine Probe durch eine Apertur beleuchtet, deren Durchmesser bedeutend kleiner als die Wellenlänge des Lichtes ist. Dadurch können wenige Nanometer große Objekte mit sichtbarem Licht abbildbar sein (Abbildung 1).

Abb.1
Prinzip der Nahfeld-optischen Mikroskopie

Abbildung 1: Prinzip der Nahfeld-optischen Mikroskopie: Die trichterförmige Spitze eines Glasfaserkabels wird von deren Ende her mit einem Laserstrahl belichtet, wobei die Probe Linie für Linie gerastert wird. Hierbei muss die Spitze extrem nahe am Projekt vorbei geführt werden, da das Licht ansonsten aus dem Fokus geraten würde. Dies liefert ein Abbild der Topographie der Probe. Das durch die Probe hindurchgetretene Licht wird gesammelt, wobei dessen Intensität ein Maß für die Transparenz der Probe an dieser Stelle ist.

Es gibt verschiedene Arten, die SNOM-Technologie in die Praxis umzusetzen. Am häufigsten werden Apertur-Sonden in der Transmissionsmikroskopie zur Illumination oder zur Detektion eingesetzt. Da jedoch viele Proben lichtundurchlässig sind, werden auch Verfahren der Reflexion eingesetzt, wobei das reflektierte Licht entweder nahe der Aperturspitze oder direkt in der Glasfaser detektiert wird.

Das Photonen-Rastertunnelmikroskop (photon scanning tunneling microscope, PSTM) nutzt eine seitliche Fern-Feld-Belichtung mit Infinitesimalwellen. Hierbei erzeugt die Sondenspitze ein infinitesimales Feld, das aus homogenen Lichtwellen besteht, die einfach zu detektieren sind. Eine weitere Abwandlung dieser Technik ist das so genannte i-PSTM oder tunnel near-field optical microscope (TNOM), das mit invertiertem Licht operiert und deshalb auch als mit "verbotenem Licht" operierendes Nahfeld-optisches Mikroskop bezeichnet wird. Ähnlich dem PSTM kann Licht auch von anderen Sondenspitzen wie z.B. Raster-Kraftmikroskopen zerstäubt werden. Schließlich werden beim Plasmon-Nahfeldmikroskop auf der Oberfläche einer mit einem dünnen metallischen Überzug beschichteten Probe so genannte Oberflächen-Plasmone generiert und von der Sondenspitze zerstäubt.

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