ISO 27911:2011 — 表面化学分析：扫描探针显微镜横向分辨率校准

近场光学显微镜横向分辨率概述

ISO 27911:2011定义了确定和校准扫描近场光学显微镜(SNOM/NSOM)横向分辨率的方法。与传统远场光学显微镜受衍射极限限制不同SNOM通过使用位于样品表面纳米距离处的亚波长孔径或散射探针克服了这一限制。标准涵盖孔径型SNOM和无孔径SNOM两种类型。

无孔径SNOM可以实现低于10nm的横向分辨率——比衍射极限好20倍以上。这使得对单个纳米粒子、量子点和单个分子进行光学成像成为可能。

标准将横向分辨率定义为在近场光学图像中能够分辨的两个点状特征之间的最小距离。测量方法使用已知尺寸的锐利边缘或光栅结构来确定边缘响应函数从中导出分辨率。校准程序要求使用特征尺寸可溯源到SI米定义的参考标准。

主要参考是通过电子束光刻制作的石英上铬边缘结构边缘锐度优于5nm。辅助参考包括荧光珠阵列(40-100nm)和纳米孔阵列。协议要求以多种扫描速度和像素密度成像以验证分辨率与扫描参数无关。

形貌引起的伪影是最大的误差来源。形貌特征可以通过与真实光学性质无关的近场耦合变化产生光学对比度。需要同步进行形貌和光学成像。

两个层次鉴定：型式批准(具有完整不确定度预算的初始表征)和常规验证(使用简化参考样品进行每日/每周检查)。型式批准在安装、大修或重新对准后进行。

将SNOM与针尖增强拉曼散射(TERS)相结合可实现低于10nm分辨率的化学鉴定。该技术对二维材料、半导体纳米结构和生物膜的表征至关重要。

问：孔径SNOM的实际分辨率极限？
约30-50nm受限于光在孔径边缘通过金属涂层的穿透深度。低于30nm光学通过率呈指数下降。

问：剪切力反馈距离如何影响分辨率？
增加探针-样品距离使近场分量衰减分辨率呈指数级下降。在最小稳定反馈距离1-3nm处获得最佳分辨率。

问：ISO 27911是否能应用于其他扫描探针技术？
分辨率定义可以适用于AFM、STM和SECM但具体参考标准是为近场光学显微镜优化的。