Abstract

We describe a new method of infrared microspectroscopy. It is intended for performing chemical mapping of various objects with subwavelength lateral resolution by using the infrared vibrational signature characterizing different molecular species. We use the photothermal expansion effect, detected by an atomic force microscope tip, probing the local transient deformation induced by an infrared pulsed laser tuned at a sample absorbing wavelength. We show that this new tool opens the way for measuring and identifying spectroscopic contrasts not accessible by far-field or near-field optical methods and with a subwavelength lateral resolution.

© 2005 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. Dumas, G. L. Carr, and G. P. Williams, Analusis 1, 68 (2000).
    [CrossRef]
  2. R. Bachelot, P. Gleyzes, and C. Boccara, Opt. Lett. 20, 1924 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. B. Knoll and F. Keilmann, Nature 399, 134 (1999).
    [CrossRef]
  4. A. Piednoir, F. Creuzet, C. Licoppe, and J. M. Ortega, Ultramicroscopy 57, 282 (1995).
    [CrossRef]
  5. M. Hong, A. Jeung, T. I. Smith, H. A. Schwettman, P. Huie, and S. Erramilli, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 144, 246 (1998).
    [CrossRef]
  6. A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
    [CrossRef]
  7. D. Palanker, G. Knippels, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Opt. Commun. 148, 215 (1998).
    [CrossRef]
  8. R. Prazeres, F. Glotin, C. Insa, D. A. Jaroszynski, and J. M. Ortega, Eur. Phys. J. D 3, 87 (1998).
    [CrossRef]
  9. N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
    [CrossRef]
  10. A. Dazzi, S. Goumri-Said, and L. Salomon, Opt. Commun. 235, 351 (2004).
    [CrossRef]
  11. W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
    [CrossRef]
  12. M. S. Anderson, J. Appl. Spectrosc. 54, 349 (2000).
    [CrossRef]
  13. A. Hammiche, L. Bozec, H. M. Pollock, M. German, and M. Reading, J. Microsc. 213-2, 129 (2004).
    [CrossRef]
  14. D. Naumann, in Encyclopedia of Analytical Chemistry, R. A. Meyers, ed. (Wiley, 2000), p. 102.

2004 (3)

A. Dazzi, S. Goumri-Said, and L. Salomon, Opt. Commun. 235, 351 (2004).
[CrossRef]

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

A. Hammiche, L. Bozec, H. M. Pollock, M. German, and M. Reading, J. Microsc. 213-2, 129 (2004).
[CrossRef]

2001 (1)

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

2000 (2)

P. Dumas, G. L. Carr, and G. P. Williams, Analusis 1, 68 (2000).
[CrossRef]

M. S. Anderson, J. Appl. Spectrosc. 54, 349 (2000).
[CrossRef]

1999 (1)

B. Knoll and F. Keilmann, Nature 399, 134 (1999).
[CrossRef]

1998 (4)

M. Hong, A. Jeung, T. I. Smith, H. A. Schwettman, P. Huie, and S. Erramilli, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 144, 246 (1998).
[CrossRef]

A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
[CrossRef]

D. Palanker, G. Knippels, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Opt. Commun. 148, 215 (1998).
[CrossRef]

R. Prazeres, F. Glotin, C. Insa, D. A. Jaroszynski, and J. M. Ortega, Eur. Phys. J. D 3, 87 (1998).
[CrossRef]

1995 (2)

A. Piednoir, F. Creuzet, C. Licoppe, and J. M. Ortega, Ultramicroscopy 57, 282 (1995).
[CrossRef]

R. Bachelot, P. Gleyzes, and C. Boccara, Opt. Lett. 20, 1924 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Anderson, M. S.

M. S. Anderson, J. Appl. Spectrosc. 54, 349 (2000).
[CrossRef]

Andouart, R.

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

Bachelot, R.

Boccara, C.

Boussard, C.

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

Bozec, L.

A. Hammiche, L. Bozec, H. M. Pollock, M. German, and M. Reading, J. Microsc. 213-2, 129 (2004).
[CrossRef]

Carr, G. L.

P. Dumas, G. L. Carr, and G. P. Williams, Analusis 1, 68 (2000).
[CrossRef]

Chicanne, C.

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

Coluzza, C.

A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
[CrossRef]

Creuzet, F.

A. Piednoir, F. Creuzet, C. Licoppe, and J. M. Ortega, Ultramicroscopy 57, 282 (1995).
[CrossRef]

Cricenti, A.

A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
[CrossRef]

Dazzi, A.

A. Dazzi, S. Goumri-Said, and L. Salomon, Opt. Commun. 235, 351 (2004).
[CrossRef]

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

Dumas, P.

P. Dumas, G. L. Carr, and G. P. Williams, Analusis 1, 68 (2000).
[CrossRef]

Erramilli, S.

M. Hong, A. Jeung, T. I. Smith, H. A. Schwettman, P. Huie, and S. Erramilli, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 144, 246 (1998).
[CrossRef]

Foerstendorf, H.

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

Fonteneau, G.

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

Generosi, R.

A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
[CrossRef]

German, M.

A. Hammiche, L. Bozec, H. M. Pollock, M. German, and M. Reading, J. Microsc. 213-2, 129 (2004).
[CrossRef]

Gilligan, J. M.

A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
[CrossRef]

Gleyzes, P.

Glotin, F.

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

R. Prazeres, F. Glotin, C. Insa, D. A. Jaroszynski, and J. M. Ortega, Eur. Phys. J. D 3, 87 (1998).
[CrossRef]

Goudonnet, J.-P.

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

Goumri-Said, S.

A. Dazzi, S. Goumri-Said, and L. Salomon, Opt. Commun. 235, 351 (2004).
[CrossRef]

Gross, N.

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

Hammiche, A.

A. Hammiche, L. Bozec, H. M. Pollock, M. German, and M. Reading, J. Microsc. 213-2, 129 (2004).
[CrossRef]

Heise, K. H.

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

Hocdé, S.

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

Hong, M.

M. Hong, A. Jeung, T. I. Smith, H. A. Schwettman, P. Huie, and S. Erramilli, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 144, 246 (1998).
[CrossRef]

Huie, P.

M. Hong, A. Jeung, T. I. Smith, H. A. Schwettman, P. Huie, and S. Erramilli, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 144, 246 (1998).
[CrossRef]

Insa, C.

R. Prazeres, F. Glotin, C. Insa, D. A. Jaroszynski, and J. M. Ortega, Eur. Phys. J. D 3, 87 (1998).
[CrossRef]

Jaroszynski, D. A.

R. Prazeres, F. Glotin, C. Insa, D. A. Jaroszynski, and J. M. Ortega, Eur. Phys. J. D 3, 87 (1998).
[CrossRef]

Jeung, A.

M. Hong, A. Jeung, T. I. Smith, H. A. Schwettman, P. Huie, and S. Erramilli, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 144, 246 (1998).
[CrossRef]

Keilmann, F.

B. Knoll and F. Keilmann, Nature 399, 134 (1999).
[CrossRef]

Knippels, G.

D. Palanker, G. Knippels, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Opt. Commun. 148, 215 (1998).
[CrossRef]

Knoll, B.

B. Knoll and F. Keilmann, Nature 399, 134 (1999).
[CrossRef]

Lacroute, Y.

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

Licoppe, C.

A. Piednoir, F. Creuzet, C. Licoppe, and J. M. Ortega, Ultramicroscopy 57, 282 (1995).
[CrossRef]

Margaritondo, G.

A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
[CrossRef]

Naumann, D.

D. Naumann, in Encyclopedia of Analytical Chemistry, R. A. Meyers, ed. (Wiley, 2000), p. 102.

Nicolai, R.

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

Ortega, J. M.

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

R. Prazeres, F. Glotin, C. Insa, D. A. Jaroszynski, and J. M. Ortega, Eur. Phys. J. D 3, 87 (1998).
[CrossRef]

A. Piednoir, F. Creuzet, C. Licoppe, and J. M. Ortega, Ultramicroscopy 57, 282 (1995).
[CrossRef]

Palanker, D.

D. Palanker, G. Knippels, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Opt. Commun. 148, 215 (1998).
[CrossRef]

Perfetti, P.

A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
[CrossRef]

Piednoir, A.

A. Piednoir, F. Creuzet, C. Licoppe, and J. M. Ortega, Ultramicroscopy 57, 282 (1995).
[CrossRef]

Pollock, H. M.

A. Hammiche, L. Bozec, H. M. Pollock, M. German, and M. Reading, J. Microsc. 213-2, 129 (2004).
[CrossRef]

Prazeres, R.

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

R. Prazeres, F. Glotin, C. Insa, D. A. Jaroszynski, and J. M. Ortega, Eur. Phys. J. D 3, 87 (1998).
[CrossRef]

Reading, M.

A. Hammiche, L. Bozec, H. M. Pollock, M. German, and M. Reading, J. Microsc. 213-2, 129 (2004).
[CrossRef]

Salomon, L.

A. Dazzi, S. Goumri-Said, and L. Salomon, Opt. Commun. 235, 351 (2004).
[CrossRef]

Schamlott, A.

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

Schwettman, H. A.

D. Palanker, G. Knippels, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Opt. Commun. 148, 215 (1998).
[CrossRef]

M. Hong, A. Jeung, T. I. Smith, H. A. Schwettman, P. Huie, and S. Erramilli, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 144, 246 (1998).
[CrossRef]

Seidel, W.

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

Smith, T. I.

D. Palanker, G. Knippels, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Opt. Commun. 148, 215 (1998).
[CrossRef]

M. Hong, A. Jeung, T. I. Smith, H. A. Schwettman, P. Huie, and S. Erramilli, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 144, 246 (1998).
[CrossRef]

Tolk, H.

A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
[CrossRef]

Williams, G. P.

P. Dumas, G. L. Carr, and G. P. Williams, Analusis 1, 68 (2000).
[CrossRef]

Analusis (1)

P. Dumas, G. L. Carr, and G. P. Williams, Analusis 1, 68 (2000).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

A. Cricenti, R. Generosi, P. Perfetti, J. M. Gilligan, H. Tolk, C. Coluzza, and G. Margaritondo, Appl. Phys. Lett. 73, 151 (1998).
[CrossRef]

Eur. Phys. J. Appl. Phys. (2)

N. Gross, A. Dazzi, J. M. Ortega, R. Andouart, R. Prazeres, C. Chicanne, J.-P. Goudonnet, Y. Lacroute, C. Boussard, G. Fonteneau, and S. Hocdé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 16, 91 (2001).
[CrossRef]

W. Seidel, H. Foerstendorf, K. H. Heise, R. Nicolai, A. Schamlott, J. M. Ortega, F. Glotin, and R. Prazeres, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 25, 39 (2004).
[CrossRef]

Eur. Phys. J. D (1)

R. Prazeres, F. Glotin, C. Insa, D. A. Jaroszynski, and J. M. Ortega, Eur. Phys. J. D 3, 87 (1998).
[CrossRef]

J. Appl. Spectrosc. (1)

M. S. Anderson, J. Appl. Spectrosc. 54, 349 (2000).
[CrossRef]

J. Microsc. (1)

A. Hammiche, L. Bozec, H. M. Pollock, M. German, and M. Reading, J. Microsc. 213-2, 129 (2004).
[CrossRef]

Nature (1)

B. Knoll and F. Keilmann, Nature 399, 134 (1999).
[CrossRef]

Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B (1)

M. Hong, A. Jeung, T. I. Smith, H. A. Schwettman, P. Huie, and S. Erramilli, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 144, 246 (1998).
[CrossRef]

Opt. Commun. (2)

A. Dazzi, S. Goumri-Said, and L. Salomon, Opt. Commun. 235, 351 (2004).
[CrossRef]

D. Palanker, G. Knippels, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Opt. Commun. 148, 215 (1998).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Ultramicroscopy (1)

A. Piednoir, F. Creuzet, C. Licoppe, and J. M. Ortega, Ultramicroscopy 57, 282 (1995).
[CrossRef]

Other (1)

D. Naumann, in Encyclopedia of Analytical Chemistry, R. A. Meyers, ed. (Wiley, 2000), p. 102.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Experimental setup. (b) Signal on the resin at wavelengths λ = 9.55 μ m and λ = 10.5 μ m of the CO 2 laser. Note that the first oscillation of the pulse train, representing a time duration of about 20 μ s , is a parasitic signal that is due to the high-voltage discharge of the CO 2 laser.

Fig. 2
Fig. 2

Lateral position scan of the AFM tip. The AFM topographic signal (without irradiation) and the tip vibration amplitude (under irradiation) are measured successively.

Fig. 3
Fig. 3

Contact AFM mapping of the bacteria deposited on a ZnSe substrate.

Fig. 4
Fig. 4

AFMIR spectrum of a single bacterium (solid curve) recorded at point A (Fig. 3) compared with the far-field spectrum of a stockpile of bacteria (dotted curve).

Metrics