Optische Nahfeldmikroskopie und ‐spektroskopie als Werkzeug in der chemischen Analytik

Die Erforschung der Welt im Nanometerbereich ist heute ein wichtiges Ziel vieler Wissenschaftszweige: in der Mikroelektronik, der supramolekularen Chemie, aber auch in der Biologie, wenn es darum geht, die Funktionsweise molekularer „Maschinen” zu verstehen. Zentral dafür ist eine aussagekräftige chemische Analytik, die Informationen über den Nanometerbereich liefert. Während die Elementanalytik mit einer Auflösung von einigen dutzend Nanometern heute fast Routine ist, bereitet die Analytik der molekularen Zusammensetzung mit einer Auflösung von <1 μm große Probleme. Leider liefern sowohl die Rastertunnelmikroskopie als auch die Rasterkraftmikroskopie kaum chemische Informationen. Diese Anforderungen erfüllt jedoch die Nahfeldmikroskopie (scanning near‐field optical microscopy, SNOM), gewissermaßen die optische Variante der Rastersondenmikroskopie. In Kombination mit optischer Spektroskopie ist es möglich, molekulare Analysen mit einer Auflösung von 50 nm durchzuführen. Bei der SNOM wird eine winzige Lichtquelle in einem Abstand von wenigen Nanometern über die zu analysierende Probenoberfläche geführt. Im optischen Nahfeld wird ein Fleck beleuchtet, dessen Dimensionen nicht durch die Abbé‐Diffraktionsgrenze, sondern ausschließlich durch die Dimensionen der Lichtquelle begrenzt werden. Die reproduzierbare Fabrikation guter SNOM‐Sonden ist seit kurzem mit einem chemischen Ätzverfahren möglich geworden. Geätzte SNOM‐Sonden zeichnen sich durch eine hohe optische Transmission, die bis zu 1000‐mal höher als diejenige konventioneller (gezogener) SNOM‐Spitzen ist, aus, und halten auch den hohen Leistungsdichten von Laserpulsen stand. Dies ermöglicht nicht nur Abbildungen mit optischem Kontrast, wie sie von der konventionellen Lichtmikroskopie bekannt sind, sondern auch spektroskopische Untersuchungen sowie eine Probenahme durch Laserablation im Nanometerbereich. Das abgetragene Material kann über beträchtliche Distanzen transportiert werden und steht deshalb für die chemische Analyse mit komplementären, hochempfindlichen Methoden, z. B. der Massenspektrometrie, zur Verfügung.