赤外線受動近接場顕微鏡（SNoiM）の実験原理とその応用
Near-field radiation at the surface of an object is difficult to detect due to its swift-wave nature (i.e., the intensity decreases sharply as it moves away from the surface of the object). In SNoiM, this problem is effectively solved using the scanning probe technique. As shown in Fig. 1(b), when the nanoprobe is not introduced (or the probe is far away from the object surface), the near-field snappy waves near the surface of the object cannot be detected, and the microscope operates in the conventional infrared thermography mode, which obtains only the far-field radiated signals.The key of the SNoiM technique is to bring the probe close to the near-surface of the sample (e.g., within 10 nm) so that the near-field snappy waves can be effectively scattered by the tip of the probe. In this detection mode, both near-field and far-field components are present in the sample signal acquired by the probe. Therefore, by controlling the probe-to-surface spacing h, a mixed near-field and far-field signal (h < 100 nm, called near-field mode) or a single far-field signal (h >>100 nm またはプローブの引き出し（遠方場モードと呼ばれる）を取得できます。最終的には、プローブの高さの変調と復調技術を使用して、遠方場の背景からオブジェクトの近方場情報を抽出できます。
プローブによって散乱された近接場信号は、まず高開口数の赤外線対物レンズによって収集されます。しかし、環境、DUT、および機器自体からの遠距離場放射信号はこのプロセスでキャンセルすることができず、赤外線対物レンズによって近接場信号とともに収集されるため、DUTの弱い近接場信号は大きな遠距離場背景放射によって消滅してしまいます。遠距離場背景信号を最小限に抑えるために、研究者は赤外線対物レンズの上に非常に小さな開口部（約100μm）を持つ共焦点開口部を設計しました。これにより、収集スポットが減少し、背景放射信号を効果的に抑制します。しかし、これでも、ナノプローブによって散乱された弱い近接場信号を検出できるほど感度の高い赤外線検出器があるかどうかを判断するのは困難です。このため、私たちのチームはこの技術的障壁を克服するために超高感度赤外線検出器を開発しました。
このうち、金色の円筒形の空洞は極低温デュワーで、自社開発の超高感度赤外線検出器（CSIP）といくつかの低温光学部品を搭載しています。白いボックスは、音叉型原子間力顕微鏡（AFM）、赤外線収集対物レンズ、および研究室で組み立てられたサンプルステージ領域を示しています。IR近接場画像の空間分解能は、プローブ波長によって制限されなくなり、プローブの先端サイズによって決まります。電気化学エッチング法によって、優れた形態の金属（タングステン）ナノプローブを作製することができ、先端直径は100nm以下にまで小さくすることができます。
