Интегра Спектра
Новые направления в науке требуют новых методов исследования. Для получения наиболее полной информации об исследуемом образце необходим комплексный подход, объединяющий в себе возможности сразу нескольких измерительных методик.
НаноЛаборатория ИНТЕГРА Спектра — это первая в мире интеграция атомного-силового микроскопа (АСМ) с конфокальной КР*/флуоресцентной микроскопией и спектроскопией, позволяющая проводить одновременные исследования методами АСМ и конфокальной КР микроскопии/флуоресцентного анализа. ИНТЕГРА Спектра поддерживает большинство существующих на сегодняшний день АСМ методик (более 30), которые дают наиболее полную информацию о многочисленных поверхностных свойствах образца с нанометровым разрешением: рельеф, намагниченность, электрический потенциал и работа выхода, сила трения, пьезоотклик, упругость, емкость, ток растекания и многие другие. Возможность одновременного с АСМ исследования одного и того же участка образца с применением методов конфокальной КР спектроскопии и флуоресцентного анализа позволяет получить данные о химическом составе, кристаллической структуре и ее ориентации, присутствии примесей и дефектов, формы макро молекул и пр. ИНТЕГРА Спектра позволяет проводить измерения на базе прямого и инвертированного оптических микроскопов. Образец может быть помещен в контролируемую атмосферу или в жидкую среду при изменяемой температуре. Полный спектр КР/флуоресценции регистрируется в каждой точке исследуемого образца с последующей программной обработкой одновременно с получением АСМ изображения. Благодаря высокому качеству оптической системы двух- и трехмерные распределения спектральных характеристик образца могут быть изучены с пространственным разрешением, близким к теоретическому.
Микроспектроскопия на молекулярном уровне
Основными проблемами КР микроскопии являются малая величина сигнала КР и дифракционный предел пространственного разрешения. Cигнал КР, как правило, составляет 1/1000000 интенсивности сигнала флуоресценции. При использовании видимого света разрешение в классической конфокальной микроскопии не превышает 200 нм. Новым словом в КР микроскопии стало открытие интересного феномена: интенсивность электромагнитного поля (света) может быть значительно увеличена вблизи наноразмерных металлических выступов («наноантенн»), что приводит к соответствующему усилению сигнала КР от объектов в радиусе ~15 нм около кончика наноантенны. Этот эффект получил название гигантского комбинационного рассеяния света (ГКР), на основе которого разработаны методы поверхностно-усиленной КР спектроскопии (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) и зондово-усиленной КР спектроскопии (Tip-Enhanced Raman Spectroscopy, TERS).** С помощью специально подготовленного АСМ зонда ИНТЕГРА Спектра позволяет на несколько порядков увеличить значение интенсивности сигнала КР в радиусе 10–20 нм около кончика зонда (эффект ГКР). Таким образом, разрешение по плоскости при картировании КР (TERS) и флуоресценции не ограничено дифракционным пределом и может достигать значений меньше, чем 15 нм. Даже одиночные молекулы могут быть обнаружены и идентифицированы в соответствии с их спектром.
Инвертированная схема:
- Исследование прозрачных образцов;
- Высокое оптическое разрешение (< 200 нм) при одновременном исследовании методами АСМ;
- Максимальная эффективность сбора фотонов при одновременном проведении исследований методами КР спектроскопии и атомно-силовой микроскопии;
- Сканирование зондом и сканирование образцом (важно для TERS);
- Измерения в условиях изменяемой температуры, в жидкости и в контролируемой атмосфере;
- Совместимость с большинством серийных инвертированных микроскопов, поддержка передовых оптических методик
Прямая схема:
- Исследование непрозрачных образцов;
- Близкое к дифракционному пределу оптическое разрешение при одновременном исследовании методами АСМ;
- Высокая эффективность сбора фотонов при одновременном проведении исследований методами КР спектроскопии и атомно-силовой микроскопии;
- Сканирование лучом в дополнение к сканированию образцом (необходимо для TERS);
- Измерения в условиях изменяемой температуры, в жидкости и в контролируемой атмосфере.
Методики:
- Более 30 АСМ методик 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 - Локальное усиление комбинационного рассеяния и флуоресценции (TERS, TEFS) **
В настоящее время НОЦ обладает только одним модулем Интегры Спектры — для работы с прозрачными образцами, возможности установки пока невелики, но руководство СОГУ планирует приобрести недостающие блоки в 2014 году, тогда и все объявленные и долгожданные качества оборудования заработают, принося известность и научный авторитет исследователям СОГУ.
* КР — комбинационное рассеяние
** TERS — Tip-Enhanced Raman Spectroscopy, TEFS — Tip-Enhanced Fluorescent Spectroscopy