attraverso tre potenziometri. Il condizionamento del segnale di errore tramite PID serve ad aggiustare al meglio i tempi di risposta del sistema, in particolare per tenere in debito conto delle rilevanti inerzie del traslatore piezoelettrico, che ha una banda passante dell’ordine dell’Hz. Questo aggiustamento si esegue controllando che nelle mappe topografiche siano presenti i dettagli submicrometrici ed allo stesso tempo non si verifichino inneschi di auto-oscillazioni. Per garantire che il segnale Verr sia il
pi`u possibile vicino a 0, il circuito di feedback crea un segnale Zcorr che viene inviato
sia alla scheda AD/DA per la mappatura topografica del campione in funzione di due coordinate x e y ortogonali nel piano del campione sia, dopo opportuna amplifi- cazione, al controllo verticale (direzione z) del piezoelettrico di scansione. La scheda AD/DA provvede anche a creare i segnali a dente si sega che gestiscono il moto lungo due direzioni ortogonali x e y nel piano del campione4, i quali vengono anche inviati
al traslatore piezoelettrico dopo essere stati opportunamente amplificati. Inoltre, la scheda AD/DA registra i segnali relativi all’analisi ottica, costruendo matrici, delle dimensioni tipiche 128×128 pixels o 256×256 pixels, in sincrono con la scansione e con la registrazione della topografia.
5.2
Analisi dei Segnali e Mappe Ottiche.
Come gi`a pi`u volte affermato, l’analisi compiuta in questo lavoro di tesi riguarda principalmente le propriet`a ottiche di nanostrutture depositate su substrati di vetro e individuate singolarmente grazie alla mappatura topografica eseguita dal micro- scopio SNOM.
Questa analisi `e stata condotta usando la Modulazione di Polarizzazione, secondo quanto descritto nel capitolo 3, operando in un modo che “simula” le misure in tra- smissione dell’ottica convenzionale; infatti, il rivelatore di radiazione `e posto oltre, o al di sotto, del campione. Ovviamente, dato che il campione viene fatto intera- gire con il campo prossimo, il termine “in trasmissione” non `e in linea di principio adeguato, visto il carattere non propagante del campo prossimo. Nel nostro esperi- mento, il rivelatore raccoglie un segnale che `e una convoluzione fra una componente
4Si ricorda che la sonda descrive una traiettoria a rastrello sul piano del campione (vedi fig. 2.9),
nella quale la sonda percorre per due volte in avanti e indietro dei tratti rettilinei paralleli tra loro. Per questo motivo, la posizione del piano del campione lungo le direzioni x ed y in fig. 2.9 vengono controllate mediante due segnali a dente di sega.
116 CAPITOLO 5. RISULTATI.
propagante, attribuibile alla radiazione di campo lontano proveniente dalla sonda e trasmessa dal campione, ed una componente risultante dell’interazione tra campo prossimo e nanostrutture. Questa interazione d`a luogo a una diffusione di radiazione propagante, la quale contiene le informazioni sulle propriet`a ottiche di interesse. Il segnale proveniente dal rivelatore viene analizzato in diversi modi, in funzione delle specifiche informazioni che si vogliono ottenere. Queste informazioni sono acquisite per ogni punto della scansione, in modo da costruire delle mappe delle propriet`a ottiche, in simultanea con la mappa topografica prodotta con il metodo della shear- force; il segnale pu`o infatti essere demodulato in prima e seconda armonica della frequenza di oscillazione del PEM, allo scopo di mappare CD ed LD su scala loca- le, oppure pu`o essere integrato su tutti gli stati della polarizzazione incidente sulla sonda allo scopo di determinare la trasmittanza su scala locale.
A causa di alcune limitazioni nel software e nella disponibilit`a di strumentazione, non tutte queste informazioni sono sempre state acquisite in contemporanea. Tutta- via le scansioni sono state eseguite secondo una scaletta che consentiva in ogni caso di determinare l’insieme di informazioni necessario per analizzare qualitativamente e, quando rilevante, quantitativamente, le propriet`a ottiche delle nanostrutture.
5.2.1 Sorgenti Laser e Rivelatore.
Secondo quanto stabilito nel capitolo 4, il materiale analizzato presenta assorbimen- to in diversi intervalli spettrali. Misure di Spettroscopia a Dicroismo Circolare su campioni di TPPS3 in soluzione hanno rivelato un evidente CD utilizzando radiazio-
ne nel blu (banda dei J-aggregati attorno a 470-490 nm). La sorgente di radiazione impiegata in questo esperimento `e un laser a stato solido, pompato da un diodo laser (DPSSL), operante a 473 nm (CNI MBL-473). Inoltre, per scopi di raffronto, `e anche stata impiegata una sorgente, sempre di tipo DPSSL, operante a 532 nm (Oxxius-532SM), una lunghezza d’onda a cui il materiale `e debolmente assorbente. In entrambi i casi le potenze erogate dai laser (alcune decine di mW) sono state op- portunamente attenuate con filtri neutri (fino a 1-2 mW) prima dell’accoppiamento con la sonda SNOM, allo scopo di evitare danneggiamenti della parte apicale della sonda stessa. Inoltre, lo sfasamento massimo imposto dal PEM `e stato aggiustato in funzione della lunghezza d’onda.
5.2. ANALISI DEI SEGNALI E MAPPE OTTICHE. 117
Il rivelatore usato nell’esperimento `e un fotomoltiplicatore miniaturizzato (Hamama- tsu R-7400-U-01) che, grazie alle sue piccole dimensioni (diametro 16 mm, lunghezza 12 mm), pu`o essere alloggiato all’interno del tubo cavo che funge da traslatore pie- zoelettrico. Il fotocatodo, di tipo “multialkali”, ha una sensibilit`a pressoch´e uguale per le due lunghezze d’onda esplorate nell’esperimento (circa 60 mA/W). Il foto- moltiplicatore `e composto da 8 dinodi e in questo esperimento `e stato alimentato a tensioni tipiche dell’ordine di 600 V, che corrispondono a un guadagno nominale ∼ 104 − 105. Le fotocorrenti tipiche prodotte dal campo prossimo uscente dalla
sonda, misurate facendo interagire il campo prossimo stesso con un substrato nudo, sono dell’ordine delle decine o centinaia di nA, corrispondenti a potenze dell’ordine del nW, o decine di nW 5. La stabilit`a in potenza `e stata controllata eseguendo scansioni di substrati nudi, verificando fluttuazioni nel segnale trasmesso che, in condizioni normali, sono inferiori al 5%.
5.2.2 Amplificatori lock-in.
Gli amplificatori lock-in sono elementi chiave nell’analisi. Essi, infatti, consentono in primo luogo di rendere misurabile il segnale di interesse, la cui intensit`a `e spesso paragonabile al rumore e, usati in combinazione con la Modulazione di Polarizza- zione, permettono di ottenere informazioni sull’attivit`a ottica di dicroismo, secondo quanto discusso nel capitolo 3.
Nell’esperimento sono stati impiegati due amplificatori lock-in digitali (Stanford Re- search Systems SR830DSP). Questi dispositivi sono del tipo “doppio”, cio`e misurano contemporaneamente l’ampiezza demodulata (la calibrazione si riferisce all’ampiez- za rms, o efficace) e il suo sfasamento rispetto alla referenza, che non `e di interesse per i nostri scopi. La banda passante degli strumenti `e 102.4 kHz, cos`ı da permettere di operare in prima e seconda armonica rispetto alla frequenza di modulazione del PEM (f = 50 kHz); infatti questi amplificatori hanno la possibilit`a di demodula- re anche ad armoniche della frequenza di riferimento, purch´e essa cada all’interno della banda passante. Normalmente nel corso delle misure sono stati impiegati gli ingressi in corrente (con fattore di conversione 106 V/A), che hanno un’impedenza
di ingresso nominale di 1 kohm. Essi sono stati collegati in parallelo all’uscita del
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