Scanning Near field Optical Microscopy (SNOM)

Naast toerist uit hangen ben ik hier eigenlijk vooral om nieuwe dingen te leren. Ik ben speciaal naar San Diego gegaan om een bepaalde nieuwe techniek te leren: Scanning near field optische microscopie. In mijn promotie tijd onderzocht ik nieuwe materialen door er licht op te schijnen en te meten hoeveel procent er werd gereflecteerd. De groep waar ik nu in werk doet precies dezelfde experimenten en mijn huidige 'baas' was 5 jaar terug mijn concurrent. 

Een 'probleem' met deze experimenten is dat je niks kan zien dat kleiner is dan de golflengte van het licht dat je gebruikt: de diffractie limiet (een van de redenen dat zelfs de allerbeste microscopen nooit atomen kunnen zien). Zichtbaar licht heeft een golflengte van een paar honderd nanometer dus het kleinste detail dat je scherp door een microscoop zou kunnen zien is een paar 100 nanometer. In de experimenten die ik doe gebruiken we infrarood licht (warmtestraling) en dat heeft veel langere golflengten: van een paar micrometer tot een millimeter.

Het probleem is dat je dus nooit metingen kan doen met infrarood licht aan stukjes materiaal die een micrometer groot zijn. Omdat een heleboel onderzoek nou net interessant is in dit golflengte gebied, net als de te onderzoeken objecten (bijvoorbeeld bacteriën of nanokristallen) zijn er altijd mensen die proberen om om dit soort fundamentele natuurwetten heen te werken. 

De oplossing voor dit probleem was al in 1905 bekend, maar technologisch pas uitvoerbaar sinds een jaar of 15. Het idee is om het licht te schijnen op een kleine metalen antenne. De antenne vangt het licht op en zend het weer uit, maar met een andere frequentie. De frequentie (of golflengte) waarmee de antenne uitzendt, hangt weer af van de eigenschappen van de antenne. Als je nu een heel klein stukje materiaal vlak bij de antenne hangt veranderen de eigenschappen van de antenne en dus ook de frequentie waarop hij uitzendt. 

In de experimenten die ik hier aan het doen ben, gebruik ik een metalen naaldje dat eindigt in een puntje van zo'n 20 nanometer. Dit naaldje is een kleine antenne en door het over een stukje materiaal te bewegen met hele kleine stapjes verandert steeds de antenne eigenschap van het naaldje. Op deze manier kun je met infrarood licht de reflectie eigenschappen van een materiaal meten met een resolutie van op zijn best 20 nanometer (net zo groot als de naald). Deze microscopen hebben een oplossingsvermogen dat 100 keer beter is dan een gewone microscoop en dat maakt heel veel nieuw onderzoek mogelijk. 

Vandaag ben ik lekker in het lab bezig met experimenteren en aangezien het maken van een enkel plaatje ongeveer 2 uur duurt (zoals altijd in de natuurkunde: als je ergens iets wint moet je ergens anders wat betalen: wet van behoud van ellende of zo) had ik wat tijd te doden. Tijd genoeg voor een filmpje dus.