Атомно-силовой микроскоп НТ-МДТ ИНТЕГРА Спектра

Описание:

Интеграция СЗМ и конфокальной микроскопии / КР (рамановский) спектроскопии. Благодаря зондово-усиленному КР (TERS) позволяет проводить спектроскопию / микроскопию с разрешением до 10 нм.

ИНТЕГРА Спектра - АСМ/Конфокальное КР/Флуоресценция/СБОМ/TERS

Интеграция: Ключ к новым знаниям 

Изменение происходит в интерфейсах, и сегодняшние самые захватывающие изменения в микроскопии происходят там, где объединяются различные технологии. ИНТЕГРА Спектра прекрасный пример таких изменений, объединяющий всю мощь атомно-силовой микроскопии (АСМ), конфокальной рамановский и флуоресцентной микроскопии и ближнепольной оптической микроскопии в едином комплексе.
           
Одновременное АСМ и конфокальное рамановское/флуоресцентное отображение  

ИНТЕГРА Спектра поддерживает большинство существующих АСМ методик (более 30), обеспечивая расширенную информацию о физических свойствах образца с нанометровым разрешением: локальнай жесткости, проводимости, емкости, намагниченности, поверхностном потенциале и работе выхода, коэффициенте трения, пьезоотклике и пр. Одновременно с АСМ конфокальная флуоресценция и рамановские измерения дают информацию о химическом составе, кристаллической структуре и ее ориентации, наличия примесей и дефектов, макромолекулярной конформации и т.д.

Измерения могут проводиться с применением оптического возбуждения по прямой или инвертированной схеме. Образец может находиться в окружающей атмосфере или в жидкой среде, при контролируемой температуре. Полный рамановский/флуоресцентный спектр записывается в каждой точке 2D / 3D скана с дальнейшим анализом с применением мощного ПО. Благодаря превосходному качеству микроскопии ИНТЕГРы  Спектра 3D спектральное распределение может быть изучено с пространственным разрешением, достигающим теоретического предела.         

Микроскопия и спектроскопия на молекулярном уровнe. 

Дифракционно ограниченное пространственное разрешение и малость Рамановского сигнала являются двумя основными проблемами в Рамановской микроскопии. При использовании видимого излучения разрешение классической конфокальной микроскопии не опускается ниже 200 нм. Новый мир нанотехнологий раскрыл увлекательное явление: электромагнитное излучение может резко усилено вблизи металлической наноразмерной частицы или неоднородности (“наноантенны”).

Результирующие эффекты называются поверхностно-усиленным рамановским рассеянием (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) либо, если они связаны с острием СЗМ зонда, может достигаться зондово-усиленное рамановское рассеяние (Tip-Enhanced Raman Scattering, TERS).

С использованием специально приготовленных остроконечных зондов ИНТЕГРА Спектра при прецизионном сканировании может увеличивать мощность рамановского сигнала на несколько порядков величины с участка поверхности нанометровых размеров. Даже единичные молекулы могут быть обнаружены и идентифицированы по их спектру. Латеральное разрешение рамановских (TERS) или флуоресцентных карт более не ограничивается дифракционным пределом и может достигать величины менее 15 нм.

Различные конфигурации АСМ и конфокальной рамановской/флуоресцентной микроскопии

Прямая конфигурация

Инвертированная конфигурация

Боковая засветка

Оптоволоконный СБОМ

Кантилеверный СБОМ

• Атомно-силовая микроскопия ( > 30 методик )
• Конфокальная рамановская/флуоресцентная/рэлеевская микроскопии
• Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ)
• Оптимизация для Зондово-усиленной Рамановской и флуоресцентной спектроскопии (TERS, TEFS, TERFS) и рассеивающей СБОМ(s-SNOM)

 
HybriD Mode™

ИНТЕГРА Спектра снабжена новыми электроникой и ПО, позволяющими комбинировать разработанную ранее инновационную HybriD Mode™ HybriD Mode™ (HD-AFM™ Mode) для исследований наномеханических свойств и Рамановскую спектроскопию для отображения химических свойств одной и той же области за одну измерительную сессию.

Размер изображения: 34 × 34 мкм
Данные представили: М. Янул, С.Магонов, П. Дорожкин, НТ-МДТ.
  

Принцип работы

Методики: 

• Более 30 АСМ методов для измерения рельефа поверхности, механических,
• электрических, магнитных свойств образца, проведения наноманипуляций и пр.
• Оптическая микроскопия и конфокальная лазерная (Рэлеевская) микроскопия
• Конфокальная КР микроскопия
• Конфокальный флуоресцентный анализ: изображение и спектроскопия
• Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ), в том числе безапертурная СБОМ
• Зондово-усиленная КР / флуоресцентная спектроскопия (TERS, TEFS)    

Контролируемые условия измерений:

• Температура образца
• Влажность
• Газовый состав
• Измерения в жидкости
• Внешнее магнитное поле
• Использование электрохимической ячейки

 
Применения

• Исследование графена, углеродных нанотрубок и других других углеродных материалов
• Полупроводники
• Нанотрубки, нанопроволоки, квантовые точки и другие наноматериалы
• Полимеры    Определение характеристик оптических устройств: полупроводниковые лазеры, оптоволокно, волноводы, устройства плазмоники
• Исследования клеточной ткани, ДНК, вирусов и других биологических объектов
• Контроль химических реакций 

Спецификация

• Конфокальная КР / Флуоресцентная микроскопия
• АСМ/СТМ: интеграция со спектроскопией
• Программное обеспечение
• Спектроскопия
• Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ)
• Гигантское комбинационное рассеяние и другие оптические методики, связанные с локальным усилением сигнала (TERS, TEFS, S-SNOM, STM-LE)

Конфокальная КР / Флуоресцентная микроскопия 

• Одновременное исследование одной и той же области образца методами конфокальной КР/ флуоресцентной/ Рэлеевской микроскопии и атомно-силовой микроскопии
• Дифракционный предел пространственного разрешения: <200 нм по осям X и Y, <500 нм по оси Z (с иммерсионным объективом)
• Истинная конфокальность − диафрагма с моторизованным изменением размера для обеспечения конфокальности и оптимизации сигнала
• Моторизированный расширитель пучка/коллиматор: используйте индивидуальные настройки диаметра и коллимации луча для разных лазеров и объективов
• Получение гиперспектральных изображений (полный спектр КР регистрируется в каждой точке одно-, двух- и трехмерного конфокального изображения) с последующей программной обработкой
• Оптическая литография (векторная, растровая)

АСМ/СТМ: интеграция со спектроскопией

• Прямая и инвертированная оптические схемы совмещения с АСМ (оптимизированы для изучения непрозрачных и прозрачных образцов соответственно), возможна схема боковой засветки
• Оптика с максимально возможным оптическим разрешением (числовой апертурой) при одновременных АСМ исследованиях: 0,7 NA для прямой схемы, 1,3–1,4 NA для инвертированной схемы
• Одновременное исследование одного и того же образца методами АСМ / СТМ и конфокальной лазерной/КР/ флуоресцентной микроскопии
• Поддерживаются стандартные методики СЗМ (более 30 методик) — в сочетании с конфокальной КР / флуоресцентной микроскопией
• Низкий уровень шума при исследованиях методами АСМ / СТМ (атомарное разрешение)
• Оптическая АСМ головка уникальной конструкции обеспечивает минимизацию вибраций и термодрейфов, возникающих при использовании оптического микроскопа
• Автоматическое отслеживание фокуса: образец всегда находится в фокусе благодаря АСМ обратной связи по Z. Может быть достигнуто высокое качество конфокальных изображений образцов с шероховатой или наклонной поверхностью

Программное обеспечение
 
Полная интеграция АСМ и оптической микроскопии / спектроскопии: исследования всеми методами АСМ / КР микроскопии / СБОМ, дальнейшая обработка результатов и анализ данных осуществляются одним и тем же программным обеспечением

Комплексный анализ одно-, двух- и трехмерных гиперспектральных изображений
Возможен экспорт данных в другие программы (Excel, MatLab, Cytospec etc.)

Спектроскопия*

Очень высокая оптическая эффективность 520 мм спектрометра с четырьмя моторизованными решетками
Доступны видимый, УФ и ИК диапазоны спектра

Решетка Эшелле со сверхвысокой дисперсией; спектральное разрешение: 0.007 нм  (< 0.1 1/cm)**

В одном комплексе возможна установка до 3 различных детекторов:

• CCD камера с термоэлектрическим охлаждением до -100°C или EMCCD камера — для быстрого сканирования
• фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) или лавинный фотодиод (ЛФД) в режиме счета фотонов
• фотоэлектронный умножитель для Рэлеевской микроскопии.

Возможность использования моторизованных поляризационных устройств в каналах возбуждения и детектирования, измерение КР в скрещенных поляризациях
Автоматизированное переключение между различными лазерами

Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ)

• Поддерживаются два основных типа СБОМ: (i) основанный на применении оптоволоконных зондов, (ii) основаный на применении кремниевых АСМ зондов
• Поддерживаются все оптические схемы: на пропускание, на отражение, сбора излучения
• Регистрируются все СБОМ сигналы: интенсивность лазерного излучения,  флуоресценция, а также спектроскопия
• СБОМ литография (векторная, растровая)

Гигантское комбинационное рассеяние  и другие оптические методики, связанные с локальным  усилением сигнала (TERS, TEFS, S-SNOM, STM-LE)
 

• Доступны все существующие конфигурации TERS: засветка/сбор снизу, сверху, сбоку
• Могут быть использованы различные СЗМ методики и типы зондов: СТМ иглы, АСМ зондовые датчики (микромеханические и камертонные) в полуконтактной методике и поперечно-силовой микроскопии
• Двойное сканирование (для нахождения точки усиления TERS): сканирование образцом и сканирование зондом / пятном лазера
• Моторизованная поляризационная оптика для обеспечения оптимальной для TERS поляризации

ИНТЕГРА Спектра позволяет проводить исследования методами АСМ и КР микроскопии в различных средах: в воздухе, жидкости или контролируемой газовой атмосфере (в конфигурации Inverted).
Для всех видов измерений можно варьировать температуру образца, контролировать влажность, газовый состав и влияние внешнего магнитного поля.

Возможно использование электрохимической ячейки.

* Возможна интеграция АСМ со спектрометром Renishaw или спектрометром НТ-МДТ

** Точное значение спектрального разрешения зависит от определения  "разрешения"