Une nouvelle étude a été dirigée par le professeur Xing-Hua Xia (Laboratoire d’État de chimie analytique pour les sciences de la vie, École de chimie et de génie chimique, Université de Nanjing). En analysant la réponse de force photoinduite infrarouge du quartz, le Dr Jian Li a observé une réponse spectrale unique qui est différente du spectre d’absorption infrarouge en champ lointain.
« La réponse en force photoinduite suit la partie réelle plutôt que la partie imaginaire de la fonction diélectrique du quartz. » dit le Dr Li. « Nous avons immédiatement discuté avec le théoricien Dr Junghoon Jahng pour analyser les résultats expérimentaux, et nous avons convenu que c’est le polariton unique des phonons de surface du quartz qui améliore considérablement la force dipolaire photoinduite. »
Un article décrivant ces résultats est publié dans la revue Revue scientifique nationale.
Pour vérifier ce résultat, l’équipe a comparé la réponse spectrale du quartz en utilisant la résonance photothermique induite (PTIR) et la microscopie à force photoinduite (PiFM), montrant que la force dipolaire photoinduite (PiDF) domine les forces thermiques photoinduites (PiTF) du quartz. Comme le PiDF montre une relation plus prononcée avec la distance pointe-quartz (~z−4) par rapport au PiTF (~z−3), le Dr Li a proposé une approche générale pour l’imagerie de contraste nano-IR d’échantillons ultrafins chargés sur le dessus de quartz.
L’échantillon ultra-mince, caractérisé par une partie réelle positive de la permittivité (oscillateur faible), devrait manifester de faibles PiTF et PiDF à proximité de sa résonance infrarouge (IR). Cependant, un changement significatif du PiDF est attendu à proximité de la résonance de champ proche induite par la pointe du substrat de quartz.
Ces distinctions spectrales contribuent aux contrastes de l’imagerie nano-IR. Notamment, la réponse PiDF sur le quartz présente une variation de signal plus visible en ce qui concerne l’épaisseur de l’échantillon par rapport au PiTF de l’échantillon. Pour les échantillons ultrafins, l’imagerie PiDF sur quartz présente un contraste opposé avec une sensibilité améliorée par rapport à l’imagerie de contraste nano-IR avec le PiTF de l’échantillon.
L’équipe a utilisé un coin en polydiméthylsiloxane (PDMS) préparé sur un substrat de quartz pour démontrer l’imagerie de contraste nano-IR améliorée par le substrat. Les résultats fournissent des preuves claires que le PiDF peut être utilisé pour l’imagerie nano-IR sensible d’échantillons ultrafins sous une géométrie de nanocavité avec un contraste et une sensibilité améliorés.
Les chercheurs ont ensuite appliqué la méthode d’imagerie nano-IR pour visualiser de fines couches de charpente organique covalente et des défauts souterrains sous des films de copolymère bloc. Ils ont émis l’hypothèse qu’en sélectionnant des matériaux IR appropriés présentant des polaritons de phonons/bandes de repos, les utilisateurs pourraient obtenir une nanoimagerie à haute résolution de cristaux et de molécules de polymère spécifiques, ainsi que de biomolécules avec des fréquences de mode vibrationnelles connues.
Plus d’information:
Jian Li et al, Force dipolaire photoinduite améliorée par les phonons de surface et la polariton pour l’imagerie infrarouge à l’échelle nanométrique, Revue scientifique nationale (2024). DOI : 10.1093/nsr/nwae101