Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István 10. SNOM TÁMOP-4.1.1.C-12/1/KONV-2012-0005 projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő képzési.

Az előadások a következő témára: "Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István 10. SNOM TÁMOP-4.1.1.C-12/1/KONV-2012-0005 projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő képzési."— Előadás másolata:

1 Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István 10. SNOM TÁMOP-4.1.1.C-12/1/KONV-2012-0005 projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő képzési és K+F feladatokra"

2 10. SNOM Elmélet – Közeli tér optika – A SNOM felépítés – Alkalmazási lehetőségek Gyakorlat – Kombinált képi információk feldolgozása Segédanyagok

3 Közeli tér optika

4 SNOM jelentősége Az STM elektromos áramot az AFM erőt mér, egyik sem kapcsolódik a fényre adott válaszhoz közvetlenül A fény-anyag kölcsönhatás alapvető fontosságú – Abszorpció – lumineszcencia – Fény indukált elektronátadás (fotoeffektus) – Biológiai rendszerek

5 Alapelvek Abbé kritérium d > λ / (2sinθ) Newton gyűrűk lyuk kamera Pásztázó közelitér lyuk kamera

6 Történeti áttekintés 1928/1929 Synge: Lyuk optika használata a mikroszkóp leképezési határának kiterjesztésére: (fémlap, üvegszál fém bevonattal, piezó pásztázás) (Einstennel diszkutálja az elképzeléseit) [E.H. Synge, "A suggested method for extending the microscopic resolution into the ultramicroscopic region" Phil. Mag. 6, 356 (1928); E.H. Synge, "An application of piezoelectricity to microscopy", Phil. Mag., 13, 297 (1932)].

7 Történeti áttekintés 1956 J.A. O'Keefe, matematician, proposes the principle, noting the difficulty of mooving a pinhoole close to the surface, Baez demonstrates with acustic waves 1972 E.A. Ash and G. Nichols demonstrates microwave superresolution 1984 Pohl, Denk and Lanz developed the first Scanning Near-Field Optical Microscope (SNOM or NSOM)

8 Nano-Optika Pásztázó mikroszkópia Pásztázó közeli tér mikroszkópia Kvantum fényforrások Fény-antennák Fotonikus kristályok Meta-anyagok Felületi-plazmon fotonika

9 A SNOM felépítése

10 SNOM elrendezés Egy pontszerű fényforrást a leképezendő felület mentén pásztázunk A fényforrás lehet: Üvegszál fém köpennyel, lyukas cantilever, fényemmitáló anyag A fényforrás mérete 50-100 nm (intenzitás / felbontás) Pásztázás visszacsatolás egyéb paraméterrel (surlódási erő, normális erő )

11 Visszacsatolási mechanizmusok Surlódási erő – Hangvilla szenzor – Üvegszál Normál erő – AFM szenzor – Optikai detektálás

12 Lehetséges üzemmódok Transzmisszió - Reflexió Fénygyűjtés - Megvilágítás

13 Kontraszt mechanizmusok Törésmutató változás Reflektivitás/ transzparencia változás Polarizáció változás Optomechanikai és optomágneses hatás Fluoreszcencia Raman gerjesztés

14 Alkalmazási lehetőségek

15 Alkalmazási területek Nagyfelbontású optikai leképezés Spektroszkópia: – NSERS – Félvezetők vizsgálata Felület módosítás – Nanolitográfia – Adattárolás – Lézer abláció Femto-másodperces közelitér vizsgálatok

16 Tipikus alkalmazások Kvantum mérethatások nanokristályokban Biológiai rendszerek: sejt, protein, enzim, membrán Optoelektronikai eszközök: napelem, led, kapcsoló Egyedi molekulák leképezése Töltésátadási vizsgálatok polimerekben és DNS-ben

17 Közelitér spektroszkópia Raman spektroszkópia – elsősorban appertúra nélküli elrendezésben intenzitás problémák miatt Tű erősített Raman spektroszkópia – megfelelő bevonat esetén (arany-ezüst) Fluorescens spektroszkópia – biológiai viszgálatok során

18 Egyedi molekula spektroszkópia Átlagos tulajdonságok helyett a környezettől függő eloszlás Statisztikus bekövetkezési valószínűségek közvetlen meghatározása (átmenetek) Időfüggő folyamatok egyedi vizsgálata Kvantum mérethatások egyedi mérése különböző méretű részecskéken (nem szükséges keskeny méreteloszlás)

19 NSOM korlátok Nagyon kis mélységélesség és munkatávolság, csak a felület képezhető le Hosszú pásztázási idők Nagyon alacsony intenzitások Üvegszál próba lágy anyagok esetén nehezen használható (merev) Visszacsatolást nehéz fenntartani folyadékban A tű drága és nehéz reprodukálhatóan elkészíteni

20 Kombinált képi információk feldolgozása Gyakorlati feladatok

21 Képfeldolgozás Mikroszkópiás képek összehasonlítása – Optikai – SEM – TEM – AFM – STM Kombinált képi információk megjelenítése

22 Ellenőrző kérdések

23 1.Miért fontos a fény alapú mikroszkópia? 2.Hogy lehet a diffrakciós határ alatti felbontást elérni? 3.Hogy történik a SNOM esetén a visszacsatolás megvalósítása? 4.Milyen hátrányai vannak az üvegszál alapú AFM mérőfejnek? 5.Milyen szokásos üzemmódokban történhet a fény csatolása? 6.Mik a SNOM fő alkalmazási területei? 7.Milyen kontraszt mechanizmusok lehetségesek? 8.Milyen új információkat szolgáltat az egyedi molekuláko végezhető spektroszkópia? 9.Milyen spektroszkópiás vizsgálatokat lehet elvégezni SNOM esetén? 10.Mik a SNOM vizsgálat korlátai?

24 Segédanyagok

25 Kiegészítő olvasmányok Image formation in near field optics – http://scio.free.fr/docs/others/Greffet_ProgSurfSc i97.pdf http://scio.free.fr/docs/others/Greffet_ProgSurfSc i97.pdf

26 Programok GWYDDION SPM kép megjelenítő és manipuláló program – http://gwyddion.net/ http://gwyddion.net/

27 Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István KÖSZÖNÖM A FIGYELMET ! TÁMOP-4.1.1.C-12/1/KONV-2012-0005 projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő képzési és K+F feladatokra"