Nahfelder
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Nahfelder Vortrag Von Nils Regent Was sind Nahfelder? ● ● ● Begriff aus der Elektrodynamik ein Bereich um eine Quelle einer elektromagnetischen l kt ti h Welle W ll Stark abhängig vom om Abstand ( −2 −3 r r Terme und ) ● Beispiel für eine Subwellenlängenquelle: Punktdipol 2 [ p] 1 Er= ( +ik )cos(θ) 2 4 πε0 r r [ p]] 1 2 E θ= ( − rk +ik )sin(θ) 2 4 πε0 r r 2 k c[ p] i H φ= (− 1+ )sin (θ) 4 πr kr 4 μ0 ω p P= 3 πc π ● ● ● 2 0 Leistung ist unabhängig vom Abstand zum Dipol p Durch jjede Kugeloberfläche g fließt die selbe Menge an Energie In Nah- und Fernfeld ist die abgestrahlte Leistung gleich groß Nutzen von Nahfeldern ● ● ● ● Bildaufnahme elektromagnetischer Wellen durch Detektoren Durch das Bild lässt sich die Ladungsverteilung im Objekt rekonstruieren Messungen in der Nahfeldzone stellen die Quellenverteilung am besten dar Anwendung finden Nahfelder bei optisches p Rasternahfeldmikroskop p ● ● SNOM (scanning nearfield optical microscope, in den USA auch als NSOM b bezeichnet) i h ) D t kti Detektionsprinzip: i i f t i t Totalfrustrierte T t l reflexion fl i ● ● ● Aus der evaneszenten Welle wird d h IImmersion durch i d der di dielektrischen l kt i h Sonde eine propagierende Welle Die ausgekoppelte Intensität hängt exponentiell vom Abstand zwischen S d und Sonde dP Probenoberfläche b b flä h ab b Photonen Ph t verhalten h lt sich i h wie i Elektronen beim Durchtunneln einer Potentialbarriere Funktionsweise ● SNOM Aufbau: A Nahfeldzone (h<<λ) (h λ) B Fernfeldzone (h≥λ) C Lichtstrahl D Optische Faser E g Metallummantelung F Apertur (d<<λ) G Probe ● ● SNOM detektiert die Wechselwirkung einer i llokalen k l S Sonde d ((z.B. B Glasfaserspitze) mit dem optischen Nahfeld bei der Probenoberfläche An Sonden- und Probenoberfläche enstehen t h evaneszente t und d propagierende Moden ● Theorem von Wolf und NietoVersperinas: Ein evaneszentes oder propagierendes Feld, welches mit einer diskreten Nanostruktur wechselwirkt wechselwirkt, wird immer in ein evaneszentes und ein propagierendes Feld konvertiert. ● Konversion einer evaneszenten Mode in eine propagierende ist linear ● ● Messen eines möglichst großen evaneszenten t Anteils A t il fü für eine i b bessere Subwellenauflösung Durch Fourier-optischer Fourier optischer Argumente lassen sich die Anteile der Moden abschätzen b hät Vorteil der Nahfeldmikroskopie p ● ● Die optische Nahfeldmikroskopie kann das Beugungslimit der h kö herkömmlichen li h Li Lichtmikroskopie ht ik k i umgehen Durch Ausnutzen evaneszenter Moden werden Abbesches B Beugungslimit li it und dR Rayleighl i h Kriterium umgangen ● ● Je lokalisierter die Quellen sind, desto stärker tä k ist i t das d F Feld ld an d der Probenoberfläche lokalisiert Nanostrukturen haben somit besonders stark lokalisierte evaneszente t Moden M d Zusammenfassung ● Bei sehr kleinen Abständen von N Nanostrukturen t kt muss bei b id der Betrachtung ihrer Wechselswirkung mittels elektromagnetischer Felder di N die Nahfeldzone hf ld b berücksichtigt ü k i hti t werden ● Die kritische Dimension, ab der dies d F der Fallll iist, t hä hängtt stark t k von d der Beschaffenheit (dielektrische Eigenschaften und Quellenverteilung) d N der Nanostrukturen t kt ab b Literaturangaben ● ● ● ● U. H U Hartmann, t "N "Nanostrukturforschung t kt f h und Nanotechnologie" Nanotechnologie Band 1 (Oldenburg Verlag) http://www.unisaarland.de/fak7/hartmann/files/docs/pdf/teaching/advancedpractical/Kraefte %20auf%20der%20Nanometerskala pdf %20auf%20der%20Nanometerskala.pdf http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2c/Frustrierte_Total reflexion am Prisma svg/400pxreflexion_am_Prisma.svg/400px Frustrierte_Totalreflexion_am_Prisma.svg.png http://www.nanoscantech.com//raw/pics/art img/img 131 642.png http://www.nanoscantech.com//raw/pics/art_img/img_131_642.png
