Investigadores del centro vasco de investigación en nanociencia CIC nanoGUNE y Neaspec GmbH (Alemania) han desarrollado un instrumento que permite registrar espectros infrarrojos con una fuente térmica a una resolución 100 veces mejor que en la espectroscopia infrarroja convencional. En el futuro, la técnica podría aplicarse para analizar la composición química local y la estructura de materiales a nanoescala en compuestos poliméricos, dispositivos semiconductores, minerales o tejido biológico. El trabajo está publicado en Materiales de la naturaleza .

La absorción de radiación infrarroja es característica de la composición química y estructura de los materiales. Por esta razón, un espectro de infrarrojos se puede considerar como la "huella digital" de un material. La espectroscopia infrarroja se ha convertido así en una herramienta importante para caracterizar e identificar materiales y se aplica ampliamente en diferentes ciencias y tecnologías, incluidas las ciencias de los materiales y el diagnóstico biomédico. Sin embargo, con instrumentos ópticos convencionales, como espectrómetros infrarrojos FTIR (infrarrojos por transformada de Fourier), la luz no se puede enfocar para puntos de tamaño por debajo de varios micrómetros. Esta limitación fundamental evita el mapeo espectroscópico infrarrojo de nanopartículas individuales, moléculas o dispositivos semiconductores modernos.

Los investigadores de nanoGUNE y Neaspec ahora han desarrollado un espectrómetro infrarrojo que permite obtener imágenes a nanoescala con radiación térmica. La configuración, en resumen nano-FTIR (ver Figura), se basa en un microscopio de campo cercano de tipo dispersión (NeaSNOM) que utiliza una punta metálica afilada para escanear la topografía de la superficie de una muestra. Mientras escanea la superficie, la punta se ilumina con la luz infrarroja de una fuente térmica. Actuando como una antena la punta convierte la luz incidente en un punto infrarrojo a nanoescala (nanofocus) en el vértice de la punta. Al analizar la luz infrarroja dispersa con un espectrómetro FTIR especialmente diseñado, los investigadores pudieron registrar espectros infrarrojos a partir de volúmenes de muestra ultra pequeños.

En sus experimentos, los investigadores lograron registrar imágenes infrarrojas de un dispositivo semiconductor de Infineon Technologies AG (Munich). "Logramos una resolución espacial mejor que 100 nm. Esto muestra directamente que la radiación térmica se puede enfocar a un tamaño de punto que es cien veces más pequeño que en la espectroscopia infrarroja convencional", dice FlorianHuth, quién realizó los experimentos. El investigador demostró que el nano-FTIR se puede aplicar para reconocer óxidos de silicio procesados ​​de manera diferente o para medir la densidad electrónica local dentro de dispositivos electrónicos industriales complejos. "Nuestra técnica permite registrar espectros en el rango espectral del infrarrojo cercano al lejano. Esta es una característica esencial para analizar la composición química de nanomateriales desconocidos", explica Rainer Hillenbrand, líder del grupo Nanoóptica de nanoGUNE.

Nano-FTIR tiene un potencial de aplicación interesante en ciencias y tecnologías muy diferentes, desde la industria de los semiconductores hasta la nanogeoquímica y la astrofísica. "Basado en espectroscopia vibratoria de huellas dactilares, Podría aplicarse para el mapeo a nanoescala de la composición química y las propiedades estructurales de nano-sistemas orgánicos e inorgánicos, incluidos semiconductores orgánicos, células solares, nanocables, cerámica y minerales ", agrega FlorianHuth.