Weltweit nur an BESSY II: IR-Nanoskopie bei sehr langen THz-Wellenlängen
Die schematische Darstellung zeigt, über welchen Bereich an Wellenzahlen nun sSNOM-Experimente an der IRIS-Beamline von BESSY II möglich sind. © A.Veber/HZB
Ein HZB-Team hat an der IRIS-Beamline bei BESSY II neue experimentelle Optionen geschaffen: Die Infrarot-Nanoskopie mit einer räumlichen Auflösung von rund 50 nm bei sehr langen THz-Wellenlängen. Möglich wurde dies durch den „Low-Alpha-Betriebsmodus“ an BESSY II, ein besonderes zeitliches Muster von Lichtimpulsen. Weltweit ist BESSY II nun die einzige Synchrotronlichtquelle, die in einem Versuchsaufbau Nanoskopie im Bereich von 25 bis 4000 cm-1 anbietet – eine einzigartige Möglichkeit zur ultrabreitbandigen Charakterisierung komplexer Materialien im Nanobereich sowohl in den Lebenswissenschaften als auch in den Materialwissenschaften.
Die Nahfeld-Rastermikroskopie (s-SNOM), die auf Infrarot (IR)-Streuung basiert, ist ein vielseitiges Analysewerkzeug. Die Technik ermöglicht eine detaillierte chemische Charakterisierung mittels IR-Spektroskopie weit jenseits der Beugungsgrenze im Nanometerbereich. Moderne abstimmbare IR-Laserquellen decken den Spektralbereich von etwa 550 bis 7000 cm⁻¹ ab. An Synchrotronstrahlungsquellen ist die s-SNOM-Nahfeldspektroskopie nun bis hinunter zu 160 cm-1 oder sogar 100 cm-1 möglich, während der Bereich unterhalb von < 100 cm-1 bisher nicht abgedeckt war.
Nun hat ein Team unter der Leitung von Dr. Alexander Veber an einem handelsüblichen s-SNOM-System an der IRIS-Beamline bei BESSY II Experimente im Spektralbereich von 25 bis 55 cm-1 und mit einer räumlichen Auflösung von 60 nm durchgeführt. Der große Vorteil: Dieselbe optische Konfiguration kann nun für die Nanoskopie im Bereich von 25 bis 4000 cm-1 genutzt werden. Die Durchführung von Experimenten über die Spektralbereiche THz, Ferninfrarot und Mittelinfrarot hinweg in einem einzigen Aufbau bietet eine einzigartige Möglichkeit zur ultrabreitbandigen Charakterisierung komplexer Materialien im Nanobereich sowohl in den Lebenswissenschaften als auch in den Materialwissenschaften.
Entscheidende Voraussetzung ist der sogenannte „Low-Alpha“-Betriebsmodus an BESSY II, der im THz-Bereich einen erheblichen Vorteil hinsichtlich Fluss und Brillanz bietet. Die Ausweitung der Nanospektroskopie auf die niedrigeren Energiebereiche ermöglicht die Untersuchung von Phänomenen wie kollektiven Gitterschwingungen, plasmonischen Schwingungen, Ladungsträgern und intermolekularen Wechselwirkungen.
Hinweis:
Die Autoren danken dem HZB-BESSY für die Zuteilung von Strahlzeiten an der Beamline IRIS. Das Projekt wurde unter 05K19KH1 (SyMS) durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
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