Ricerca interdisciplinare a scala nanometrica:
AFM + Raman confocale + SNOM + TERS

Informazioni generali

L'integrazione di SPM e microscopia confocale/spettroscopia Raman a scattering. Grazie al migliorato scattering Raman della punta permette di svolgere microscopia/spettroscopia con una risoluzione di 10nm.

NTEGRA Spectra - AFM / RAMAN CONFOCALE & FLUORESCENZA / SNOM / TERS


Integrazione: la chiave per le nuove scienze

I cambiamenti avvengono alle interfacce e i cambiamenti più interessanti in microscopia stanno avvenendo proprio dove varie tecnologie vengono interfacciate insieme. Lo NTEGRA Spectra è un esempio perfetto, unendo la piena potenza della microscopia a forza atomica (AFM) la microscopia Raman/a fluorescenza e confocale e lo SNOM in una piattaforma.

AFM e Raman confocale/fluorescenza simultanei

NTEGRA Spectra supporta la maggior parte delle tecniche AFM esistenti (oltre 30) permettendo di ottenere informazioni comprensive sulle proprietà fisiche di un campione con scala nanometrica: rigidità locale, elasticità, conduttività, capacità, magnetizzazione, potenziale superficiale, attrito, risposta piezoelettrica, etc. Contemporaneamente all'AFM, le misure di Raman e fluorescenza confocali permettono di avere informazioni sulla composizione chimica del campione, sulla struttura cristallina, sulla sua orientazione, sulla presenza di impurità e difetti, sulla conformazione macromolecolare e altro ancora.

Le misure possono essere fatte con geometria di eccitazione laser diretta o invertita. Il campione può essere mantenuto in un'atmosfera controllata o in un ambiente liquido, tutto con il controllo della temperatura. Il completo spettro Raman/Fluorescenza viene registrato in ciascun punto di una scansione 2D o 3D e analizzato con un potente software. Grazie alle eccellenti prestazioni di NTEGRA Spectra, è possibile studiare distribuzioni spettrali tridimensionali con una risoluzione spaziale che si avvicina al limite teorico. 

Microscopia e spettroscopia a scala molecolare

La limitazione della risoluzione spaziale per via della diffrazione e la debolezza del segnale Raman sono le due sfide principali nella microscopia Raman. Usando l' luce visibile, la risoluzione della microscopia confocale classica non riesce a scendere sotto i 200 nm. Il segnale Raman è spesso solo un milionesimo del segnale di fluorescenza. Il nuovo mondo delle nanotecnologie ha scoperto un fenomeno affascinante: il campo magnetico può essere fortemente aumentato vicino ad asperità metalliche a scala nanometrica ("nano-antenne").

L'effetto risultante è chiamato Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) e, quando sfruttato insieme alla punta di un SPM, si puo` avere il Tip-Enhanced Raman Scattering (TERS).

Usando delle punte particolarmente acuminate e preparate appositamente, lo NTEGRA Spectra puo moltiplicare l'intensità del segnale Raman proveniente da un particolare punto della superficie, di alcuni nanometri di diametro, di alcuni ordini di grandezza. E` possibile riconoscere anche singole molecole dal loro spettro. La risoluzione laterale del Raman (TERS) e le mappe di fluorescenza non è più limitati dalla diffrazione della luce e può scendere sotto i 15 nm.

Diverse configurazioni di un microscopio AFM confocale con Raman/Fluorescenza

Upright, eccitazione dall'alto

Una configurazione unica per ottenere simultaneamente immagini AFM - Raman - TERS e SNOM di campioni opachi (o di campioni su substrati opachi).

Invertito

Ottimizzato per ottenere simultaneamente immagini AFM - Raman - TERS e SNOM di campioni su substrati trasparenti (adatto a cellule in vivo, nanoparticelle, etc.).

Illuminazione laterale

Utilizzato per facilitare le misure TERS di campioni opachi.

Microscopia a scansione ottica del campo vicino con fibra (SNOM)

Tecniche SNOM basate su una fibra di quarzo.

Microscopia a scansione del campo vicino con il Cantilever  (SNOM)

Tecniche SNOM basate su un cantilever con un'apertura.

 

 

•     Microscopia a Forza Atomica (oltre 30 tecniche)
•     Microscopia confocale Raman / Fluorescenza / Microscopia di Rayleigh
•     Scanning Near-Field Optical Microscopy ( SNOM / NSOM )
•     Ottimizzato per TERS, TEFS, TERFS) e scattering SNOM (s-SNOM)


HybriD Mode™

Lo NTEGRA Spettra è equipaggiato con una nuova elettronica e un software che permettono di combinare l'innovativo HybriD Mode™ (HD-AFM™ Mode) per studiare le proprietà nano-meccaniche e il Raman per le mappe chimiche della stessa area con un'unica sessione di misura.

Rigidezza di un sandwich di polimeri

HDPE/LDPE tagliato con un microtomo

Sovrapposizione della mappa Raman:

HDPE (rosso), LDPE (blu)

Topografia AFM

 

 

Principia di funzionamento

Tecniche:

  • AFM (proprietà meccaniche, elettriche, magnetiche, nanomanipolazione, etc.)
  • Microscopia ottica confocale e immagini confocali laser (Rayleigh)
  • Immagini e spettrometria Raman confocale
  • Immagini e spettrometria a fluorescenza confocale
  • Scanning Near-Field Optical Microscopy (SNOM)
  • Tip Enhanced Raman and Fluorescence Microscopy (TERS, TEFS, TERFS)

 

Ambiente controllato:

  • Temperatura
  • Umidità
  • Gas
  • Liquidi
  • Ambiente elettromagnetico
  • Campo magnetico esterno

Applicazioni

  • Grafene, nanotubi e altri materiali di carbonio
  • Semiconduttori
  • Nanotubi, nanofili, punti quantici e altri nanomateriali
  • Polimeri
  • Caratterizzazione ottica dei dispositivi: laser semiconduttori, fibre ottiche, guide d'onda, dispositivi plasmonici
  • Studio dei tessuti cellulari, del DNA, dei virus e di altri campioni biologici
  • Controllo delle reazioni chimiche
Fiocchi di grafene
Foglio di Ni
Film di PC-PVAC
MoO3
 30x30 um  20x20 um  30x30 um  30x30 um

 

Specifiche tecniche

Microscopia confocale Raman/Fluorescenza
AFM/STM: integrazione con la spettroscopia
Software
Spectroscopia
Scanning Near Field Optical Microscopy (SNOM)
Ottimizzato per Tip Enhanced Raman Scattering (TERS) e altre tecniche ottiche dipendenti dalla punta
(S-SNOM, SNIM, TEFS, STM-LE etc.)
 
Confocal Raman/Fluorescence microscopy
Confocal Raman/Fluorescence/Rayleigh imaging runs simultaneously with AFM (during one sample scan)
Diffraction limited spatial resolution: <200 nm in XY, <500 nm in Z (with immersion objective)
True confocality; push button from software to control the motorized confocal pinhole for optimal signal and confocality
Motorized variable beam expander/collimator: adjusts diameter and collimation of the laser beam individually for each laser and each objective used
Full 3D (XYZ) confocal imaging with powerful image analysis
Hyperspectral imaging (recording complete Raman spectrum in every point of 1D, 2D or 3D confocal scan) with further software analysis
Optical lithography (vector, raster)
AFM/STM: Integration with spectroscopy
Upright and Inverted optical AFM configurations (optimized for opaque and transparent samples correspondingly);
side illumination option
Highest possible resolution (numerical aperture) optics is used simultaneously with AFM: 0.7 NA for Upright, 1.3–1.4 NA for Inverted
AFM/STM and confocal Raman/Fluorescence images are obtained simultaneously (during one scan)
All standard SPM imaging modes are supported (>30 modes) — combined with confocal Raman/Fluorescence
Low noise AFM/STM (atomic resolution)
Vibrations and thermal drifts originating from optical microscope body are minimized due to special design of optical AFM heads
Focus track feature: sample always stays in focus due to AFM Z-feedback; high quality confocal images of very rough or inclined samples can be obtained
Software
Seamless integration of AFM and Raman; all AFM/ Raman/SNOM experiment and further data analysis is performed in one and the same software
Powerful analysis of 1D, 2D and 3D hyperspectral images 
Powerful export to other software (Excel, MatLab, Cytospec etc.)
Spectroscopy*
Extremely high efficiency 520 mm length spectrometer with 4 motorized gratings
Visible, UV and IR spectral ranges available
 
Echelle grating with ultrahigh dispersion; spectral resolution: 0.007 nm (< 0.1 1/cm)**
Up to 3 different detectors can be installed
  • TE cooled (down to -100 ºC) CCD camera. EMCCD camera is optional — for ultrafast imaging
  • Photon multiplier (PMT) or avalanche photodiode in photon counting mode
  • Photon multiplier for fast confocal laser (Rayleigh) imaging
Flexible motorized polarization optics in excitation and detection channels, cross-polarized Raman measurements 
Fully automated switch between different lasers — with a few mouse clicks
Scanning Near Field Optical Microscopy (SNOM)
Two major SNOM techniques supported: (i) based on quartz fiber probes, (ii) based on silicon cantilever probes
All modes supported: Transmission, Collection, Reflection 
All SNOM signals detected: laser intensity, fluorescence intensity, spectroscopy

SNOM lithography (vector, raster)

Optimized for Tip Enhanced Raman Scattering (TERS) and other tip-related optical techniques
(S-SNOM, SNIM, TEFS, STM-LE etc.)
All existing TERS geometries are available: illumination / collection from bottom, from top or from side
Different SPM techniques and TERS probes can be used: STM, AFM cantilever, quartz tuning fork in tapping and shear force modes
Dual scan (for Hot Point Mapping in TERS): scan by sample AND scan by tip / by laser spot
Motorized polarization optics to produce optimal polarization for TERS
 

AFM-Raman measurements can run in air, in controlled atmosphere or in liquid — all with variable temperature (for Inverted configuration)

Some features listed are optional — not included into basic system configuration
* NT-MDT AFM can be integrated with Renishaw inVia or with NT-MDT spectrometer. Specifications are given for the latter. Renishaw specifications can be found at www.renishaw.com/AFM-Raman
** Exact value of spectral resolution highly depends on how “resolution” is defined