Vibrationsanalys med scanning probe mikroskopi
Tekniken för vibrationsanalys med skanningssondsmikroskopi tillåter sondering av vibrationsegenskaper hos material i submikrometerskala, och till och med hos enskilda molekyler. Detta åstadkoms genom att integrera skanningssondmikroskopi (SPM) och vibrationsspektroskopi ( Raman-spridning eller/och Fourier-transform infraröd spektroskopi, FTIR). Denna kombination möjliggör mycket högre rumslig upplösning än vad som kan uppnås med konventionell Raman/FTIR-instrumentering. Tekniken är också oförstörande, kräver icke omfattande provberedning och ger mer kontrast såsom intensitetskontrast, polarisationskontrast och våglängdskontrast, samt tillhandahåller specifik kemisk information och topografibilder samtidigt .
Historia
Raman-NSOM
Near-field scanning optical microscopy (NSOM) beskrevs 1984 och har använts i många applikationer sedan dess. Kombinationen av Raman-spridning och NSOM-tekniker realiserades först 1995, när den användes för att avbilda en Rb -dopad KTP -kristall vid en rumslig upplösning på 250 nm.
NSOM använder två olika metoder för datainsamling och analys: fiberspetsöppningen och den öppningslösa metallspetsen. NSOM med aperturprober har en mindre apertur som kan öka den rumsliga upplösningen av NSOM; överföringen av ljus till provet och uppsamlingseffektiviteten för det spridda/emitterade ljuset minskar emellertid också. Den bländarlösa närfältsskanningsmikroskopin (ANSOM) utvecklades på 1990-talet. ANSOM använder en metalliserad spets istället för en optisk fibersond. Prestandan hos ANSOM beror starkt på den elektriska fältförstärkningsfaktorn hos den metalliserade spetsen. Denna teknik är baserad på ytplasmonresonans (SPR) som är föregångaren till spetsförstärkt Raman-spridning (TERS) och ytförstärkt Raman-spridning (SERS).
1997 demonstrerade Martin och Girard teoretiskt att elektriskt fält under en metallisk eller dielektrisk spets (som tillhör NSOM-bländarlös teknik) kan förstärkas kraftigt om det infallande fältet är längs spetsaxeln. Sedan dess har ett fåtal grupper rapporterat Raman- eller fluorescensförstärkning i närfältsoptisk spektroskopi genom aperturlös mikroskopi. År 2000, T. Kalkbrenner et al. använde en enda guldpartikel som en sond för bländarlös skanning och presenterade bilder av en aluminiumfilm med 3 μm hål på ett glassubstrat. Upplösningen för denna bländarlösa metod var 100 nm, vilket är jämförbart med fiberbaserade system. Nyligen applicerades ett kolnanorör (CNT) med en konisk ände, märkt med guldnanopartiklar, som en nanometerupplösning optisk sondspets för NSOM . NSOM-bilder erhölls med en rumslig upplösning på ~5 nm, vilket visar potentialen hos en sammansatt CNT-sondspets för optisk avbildning i nanoskala.
Spetsförstärkt Raman-spridning
Det finns två alternativ för att realisera bländarlös NSOM-Raman-teknik: TERS och SERS. TERS används ofta för bländarlös NSOM-Raman och kan avsevärt förbättra den rumsliga upplösningen. Denna teknik kräver en metallspets för att förbättra signalen från provet. Det är därför en AFM- metallspets vanligtvis används för att förstärka det elektriska fältet för molekylexcitation. Ramanspektroskopi kombinerades med AFM 1999. En mycket smal öppning av spetsen krävdes för att få en relativt hög rumslig upplösning; sådan bländare minskade signalen och var svår att förbereda. År 2000, Stȍckle et al. designade först en uppsättning som kombinerade bländarlösa NSOM-, Raman- och AFM-tekniker, där spetsen hade en 20 nm tjock granulär silverfilm på sig. De rapporterade en stor ökning av Raman-spridningsintensiteten för en färgfilm ( briljant kresylblå ) avsatt på ett glassubstrat om en metallbelagd AFM-spets fördes mycket nära provet. Cirka 2000-faldig förbättring av Raman-spridning och en rumslig upplösning på ~55 nm uppnåddes.
På liknande sätt har Nieman et al . använde en belyst AFM-spets belagd med en 100 nm tjock film av guld för att förbättra Raman-spridningen från polymerprover och uppnådde en upplösning på 100 nm. I den tidiga forskningen av TERS var de mest använda beläggningsmaterialen för spetssonden silver och guld. Högupplösta rumsliga kartor av Raman-signaler erhölls med denna teknik från molekylära filmer av sådana föreningar som briljant kresylblått , malakitgrönt isotiocyanat och rhodamine 6G , såväl som enskilda kolnanorör.
IR-NSOM och AFM
IR-närfältsskanning optisk mikroskopi (IR-NSOM) är ett kraftfullt spektroskopiskt verktyg eftersom det tillåter subvåglängdsupplösning i IR-spektroskopi. Tidigare realiserades IR-NSOM genom att applicera en solid immersionslins med ett brytningsindex på n , vilket förkortar våglängden ( λ ) till ( λ/n ), jämfört med FTIR-baserad IR-mikroskopi. År 2004 uppnådde en IR-SNOM en rumslig upplösning ~ λ /7 som är mindre än 1 μm. Denna upplösning förbättrades ytterligare till cirka λ /60, det vill säga 50–150 nm för ett tunnfilmsprov av bornitrid .
IR-NSOM använder en AFM för att detektera absorptionssvaret hos ett material på den modulerade infraröda strålningen från en FTIR-spektrometer och kallas därför också för AFM/FTIR-spektroskopi. Två tillvägagångssätt har använts för att mäta polymersystems respons på infraröd absorption. Det första läget är beroende av AFM-kontaktläget, och det andra driftsättet använder en scanning termisk mikroskopisk sond (uppfunnen 1986) för att mäta polymerens temperaturökning. Under 2007 kombinerades AFM med infraröd dämpad totalreflektion (IR-ATR) spektroskopi för att studera upplösningsprocessen av urea i en cyklohexan / butanollösning med hög rumslig upplösning.
Teori och instrumentering
Raman-NSOM
Det finns två lägen för drift av NSOM-teknik, med och utan bländare. Dessa två lägen har också kombinerats med närfältsramanspektroskopin. Närfältsöppningen måste ha nanostorlek vilket komplicerar probenstillverkningsprocessen. Dessutom har bländarmetoden vanligtvis en mycket svag signal på grund av svag excitation och Raman-spridningssignal. Sammantaget sänker dessa faktorer signal-brusförhållandet i bländarbaserad NSOM/Raman-teknik. Bländarlösa sonder är baserade på en metallbelagd spets och ger en starkare signal.
Bländarbaserad detektering
Även om det bländarlösa läget är mer lovande än bländarläget, används det senare mer allmänt på grund av enklare instrumentinställning och användning. För att erhålla ett högupplöst Raman-mikrofotografi/spektrum, bör följande villkor uppfyllas: (1) storleken på bländaren måste vara i storleksordningen av våglängden för excitationsljuset. (2) Avståndet från sondens spets till provet måste vara mindre än excitationsvåglängden. (3) Instrumentet måste förbli stabilt under lång tid. En viktig AFM-funktion är möjligheten att noggrant kontrollera avståndet mellan provet och sondspetsen, vilket är anledningen till att AFM-Raman-kombinationen är att föredra för att realisera Raman-NSOM.
Bländarlöst läge
Den största nackdelen med bländarläget är att den lilla bländarstorleken minskar signalintensiteten och är svår att tillverka. Nyligen har forskare fokuserat på det bländarlösa läget, som använder SPR-teori för att producera starkare signaler. Det finns två tekniker som stöder detta läge: SERS och TERS.
TERS-teknik
Teori och instrumentering av Raman/AFM och IR/AFM kombinerar teorin om SPR (AFM och NSOM) och Raman-spridning, och denna kombination är baserad på TERS. I TERS inducerar excitationskällans elektriska fält en SPR i spetsen av sonden. Om det elektriska fältvektorn för infallsljuset är vinkelrät ( s-polariserad ) mot metallspetsens axel, drivs de fria elektronerna till sidorna laterala om spetsen. Om den är parallell (p-polariserad) med spetsaxeln, är de fria elektronerna på ytan av metallen begränsade till änden av spetsens spets. Som en konsekvens finns det en mycket stor elektrisk fältförstärkning som avkänns av molekylerna nära den, vilket leder till en starkare signal.
Ett typiskt tillvägagångssätt i ett TERS-experiment är att fokusera laserstrålen på en metallspets med ljuset polariserat längs spetsaxeln, följt av insamling av det ytförstärkta Raman-spridda ljuset från provet i spetsens förbättringszon med hjälp av optik.
Beroende på provet och experimentet har olika belysningsgeometrier använts i TERS-experiment, som visas i figur 4. Med p-polariserat (parallellt med ytnormalt) infallsljus är plasmonexcitationen vid spetsen mest effektiv. Om den fokuserande objektivlinsen också används för att samla in de spridda fotonerna (återspridningsgeometri), är den optimala vinkeln runt 55° med avseende på ytnormalen. Detta beror på att spridningsloben är maximal med denna konfiguration och den ger en mycket förbättrad signal. Uppställningen i figur 4(A) används vanligtvis för de stora tjocka proverna. Setup (B) hanterar semitransparenta eller transparenta prover, såsom enstaka celler, vävnadsprover och biopolymerer. Uppställningen i figur 4(C) är att föredra för ogenomskinliga prover eftersom allt ljus skulle fokuseras av den paraboliska spegeln .
 |
 |
 |
| Figur 2. S- och p-polarisering med laserexcitering. | Figur 3. TERS-inställning med back-excitationsläget. | Figur 4. TERS-inställning: (A) sidobelysning (p polariserad); (B) in-line belysning (objektiv, s-polariserad); (C) in-line belysning ( parabolisk spegel ). |
Jämförelse av TERS och SERS
Både TERS och SERS förlitar sig på en lokaliserad ytplasmon för att öka den borde vara svaga Raman-signalen. Den enda skillnaden mellan dem är att provet i SERS har en grov yta som hindrar applicering av en skarp AFM-liknande spets. TERS, å andra sidan, använder en metallbelagd spets som har en viss grovhet i nanoskala. "Hot spot"-teorin är mycket populär när det gäller att förklara den stora förbättringen av signalen. Det vill säga att signalen från "hot spots" på provets yta dominerar den totala signalen från provet. Detta förstärks också av det faktum att avståndet mellan nanopartiklar och prov är en viktig faktor för att erhålla hög Raman-signal.
Raman/AFM instrumentering
Raman/AFM-tekniken har två tillvägagångssätt: bländare och bländarlös, och det bländarlösa läget realiseras med SERS och TERS. Figur 5 är ett exempel på ett integrerat TERS-system. Den visar att det finns fem huvudkomponenter för ett helt integrerat TERS (bländarlöst) system. Dessa komponenter är: mikroskop, en objektivlins, ett integrerat AFM-huvud, en Raman-spektrometer och en CCD. Lasern fokuseras på provet, på piezo-stadiet och AFM-spetsen genom att förflytta laserstrålen längs spetsen. Laserstrålens rörelse uppnås av spegeln i det övre vänstra hörnet. XYZ piezo-stadiet i den vänstra botten håller provet. I denna design fokuseras laserstrålen på provet genom en objektivlins, och det spridda ljuset samlas upp av samma lins.
Denna inställning använder ett lågt kontakttryck för att minska skadorna på AFM-spetsen och provet. Lasereffekten är vanligtvis under 1 mW. Notchfiltret kan filtrera Rayleigh-spridning från excitationslaserljuset från konsolens baksida. Laserstrålen är fokuserad på spetsen av den guldbelagda AFM-spetsen och provet. Laserskanningen avslutas genom att spegeln flyttas över spetsen som närmar sig. En liten förstärkning av bakgrunden uppstår när laserpunkten fokuserar på spetsområdet. Rörelsen av XYZ piezo-steget avslutar provskanningen. Den breda röda signalen är Raman-signalen som samlas in genom objektivlinsen. Samma lins används också för excitation av provet och uppsamling av Raman-signalen.
NSOM/FTIR, AFM/FTIR och AFM-IR
På grund av diffraktionsgränsen i upplösningen för konventionella linsbaserade mikroskop, nämligen D = 0,61 λ /nsinθ, är den maximala upplösningen som kan erhållas med ett optiskt mikroskop ~200 nm. En ny typ av lins som använder multipel ljusspridning gjorde det möjligt att förbättra upplösningen till cirka 100 nm. Flera nya mikroskopitekniker med en subnanometerupplösning har utvecklats under de senaste decennierna, såsom elektronmikroskopi ( SEM och TEM ) och scanningprobmikroskopi (NSOM, STM och AFM). SPM skiljer sig från andra tekniker genom att exciteringen och signaluppsamlingen är mycket nära (mindre än diffraktionsgränsavståndet) till provet. Istället för att använda en konventionell lins för att erhålla förstorade bilder av prover, skannar en SPM över provet med en mycket skarp sond. Medan SEM och TEM vanligtvis kräver vakuum och en omfattande provberedning, kan SPM-mätningar utföras i atmosfäriska eller flytande förhållanden.
Trots den uppnåbara upplösningen av atomär skala för AFM- och NSOM-tekniker, ger den inte kemisk information om provet. Den infraröda delen av det elektromagnetiska spektrumet täcker molekylära vibrationer som kan karakterisera kemisk bindning inom provet.
Genom att kombinera SPM och vibrationsspektroskopi har AFM/IR-NSOM och AFM-IR dykt upp som användbara karaktäriseringsverktyg som integrerar AFMs höga rumsliga upplösningsförmåga med IR-spektroskopi. Denna nya teknik kan kallas AFM-FTIR, AFM-IR och NSOM/FTIR. AFM och NSOM kan användas för att detektera svaret när en modulerad infraröd strålning som genereras av en FTIR-spektrometer absorberas av ett material. I AFM-IR- tekniken kommer absorptionen av strålningen från provet att orsaka en snabb termisk expansionsvåg som kommer att överföras till vibrationslägena hos AFM-konsolen. Närmare bestämt inducerar termisk expansionsvåg en vertikal förskjutning av ATM-spetsen (Figur 6). Ett lokalt IR-absorptionsspektrum kan då erhållas genom mätning av amplituden hos fribäraren, som är en funktion av IR-källans våglängd. Till exempel, när strålningslaservåglängden är avstämd till resonansfrekvensen med provets vibrationsabsorptionsfrekvens, kommer förskjutningsintensiteten hos fribäraren att öka tills laservåglängden når maximalt av provabsorptionen. Förskjutningen av fribäraren kommer då att minska när laservåglängden ställs in förbi absorptionsmaximum. Detta tillvägagångssätt kan kartlägga kemisk sammansättning bortom diffraktionsgränsens upplösning och kan också tillhandahålla tredimensionell topografisk, termisk och mekanisk information på nanoskala. Sammantaget övervinner den upplösningsgränsen för traditionell IR-spektroskopi och lägger till kemisk och mekanisk kartläggning till AFM och NSOM.
Infraröd ljuskälla
Den ideala IR-källan bör vara monokromatisk och avstämbar inom ett brett våglängdsområde. Enligt T ∝ d 4 / λ 4 , där T är transmissionskoefficienten, d aperturdiametern och λ är våglängd, är den aperturbaserade NSOM/FTIR-transmissionen ännu mer begränsad på grund av den långa infraröda våglängden; därför behövs en intensiv IR-källa för att kompensera den låga överföringen genom den optiska fibern. De vanliga ljuskällorna för IR-ljus är frielektronlasern (FEL), färgcentrumlasrar, CO 2 -lasrar och laserdioder . FEL är en utmärkt IR-källa, med 2–20 μm spektralområde, korta pulser (picosecond) och hög medeleffekt (0,1-1 W). Alternativt kan en tabletop picosecond optisk parametrisk oscillator (OPO) användas som är billigare, men har en begränsad avstämbarhet och en lägre effekt.
NSOM/FTIR experimentell uppställning
Kärnan i NSOM/FTIR är att den tillåter detektering av icke-utbredning evanescenta vågor i närfältet (mindre än en våglängd från provet), vilket ger hög rumslig upplösning. Beroende på detekteringslägena för dessa icke-utbredande evanescenta vågor, finns två NSOM/FTIR-instrument tillgängliga: bländarlös NSOM/FTIR och bländarbaserad NSOM/FTIR.
- Bländarbaserad NSOM/FTIR
I aperturbaserad NSOM/FTIR är sonden en vågledare med en avsmalnande spets med en mycket liten, sub-våglängdsstorlek bländare. När bländaren förs in i närområdet, samlar den upp det icke-utbredningsbara ljuset och leder det till detektorn. I allmänhet finns det två lägen när bländaren skannas över provet: belysningsläge och insamlingsläge (Figur 7).
Den högkvalitativa infraröda fiberspetsen är mycket viktig för att förverkliga NSOM/FTIR-tekniken. Det finns flera typer av fibrer, såsom safir , kalkogenidglas , fluoridglas och ihåliga kiselledare. Kalkogenidglas används ofta på grund av sin höga transmittans inom det breda IR-området på 2–12 μm. Fluoridfibrerna uppvisar också låga överföringsförluster över 3,0 μm.
- Bländarlös NSOM/FTIR
Sonden är en vass metallspets som slutar med en enda eller några atomer. Provet belyses från fjärrfält och strålningen fokuseras på kontaktytan mellan sond och prov. När denna spets närmar sig provet, vanligtvis inom 10 nm, förstärks det infallande elektromagnetiska fältet på grund av resonansytplasmaexcitation såväl som på grund av heta punkter i den skarpa spetsen. Dipolinteraktionen mellan spetsen och provet ändrar de icke-utbredningsvågor till utbredningsvågor genom spridning, och en detektor samlar in signalen i fjärrfältet. En bländarlös NSOM/FTIR har vanligtvis bättre upplösning (~5–30 nm) jämfört med bländarbaserad NSOM/FTIR (~50–150 nm). En huvudutmaning i bländarlös NSOM/FTIR är en stark bakgrundssignal eftersom spridningen erhålls från både närområdet och avlägset område av sonden. Således måste det lilla närfältsbidraget till signalen extraheras från bakgrunden. En lösning är att använda ett mycket platt prov med endast optisk rumslig fluktuation. En annan lösning är att tillämpa skanning av konstanthöjdsläge eller pseudo-konstanthöjdlägesskanning.
- Experimentellt schema för bländarbaserad NSOM/FTIR
Figur 8 visar den experimentella uppställningen som används i NSOM/FTIR i det externa reflektionsläget. FEL-källan fokuseras på provet från fjärrfältet med hjälp av en spegel. Avståndet mellan sonden och ett prov hålls på några nanometer under skanning.
Figur 9 är ett tvärsnitt av ett NSOM/FTIR-instrument. Som visas nedan placeras provet på en piezoelektrisk rörskanner, där xy-röret har fyra delar, nämligen x+, x-, y+ och y-. Lateral (xy-plan) oscillation av fiberspetsen induceras genom att applicera en växelspänning på en vibrerande piezo-scanner. Fiberspetsen är också fixerad till en bimorf piezo-scanner så att amplituden hos spetsens oscillation kan övervakas genom skannern.
AFM-IR-inställning
- Optisk upplösning
Den rumsliga upplösningen för ett AFM-IR- instrument är relaterad till kontaktytan mellan sonden och provet. Kontaktytan ges av a 3 = 3 PR /4 E * och 1/ E * = (1- n 1 2 )/ E 1 + (1- n 2 2 )/ E 2 , där P är kraften som används för att sonden, n 1 och n 2 representerar Poisson-förhållandena för provet respektive sonden, och E 1 och E 2 är elasticitetsmodulerna för provet respektive sondmaterialen. Vanligtvis har en AFM-IR en lateral spatial upplösning på 10–400 nm, till exempel 100 nm, λ /150 och λ /400. Nyligen har Ruggeri et al. har visat förvärvet av infraröda absorptionsspektra och kemiska kartor på enstaka molekylnivå i fallet med proteinmolekyler med ca. 10 nm diameter och en molekylvikt av 400 kDa.
- Instrumentation
I AFM-IR används en AFM-sond för att mäta provets absorptionssvar på infraröd strålning. Det allmänna tillvägagångssättet för AFM/FTIR visas i figur 10.
Det finns några olika experimentella inställningar när den infraröda strålningen projiceras på provet enligt nedan: topp-, sido- och bottenbelysningsinställningar (Figur 11).
I den första utvecklade uppsättningen av AFM-IR monteras ett prov på ett infrarödtransparent zinkselenidprisma för excitationsändamål (Figur 12), sedan strålas en optisk parametrisk oscillator (OPO)-baserad avstämbar IR-laserad på molekylerna som ska sonderas av instrumentet. I likhet med konventionell ATR-spektroskopi belyser IR-strålen provet genom total inre reflektionsmekanism (Figur 12). Provet kommer att värmas upp samtidigt som det absorberar strålning som orsakar en snabb termisk expansion av provytan. Denna expansion kommer att öka resonanssvängningarna hos AFM-utbäraren i ett karakteristiskt ringdown-mönster (ringdown-mönster betyder avklingningen av fribärande oscillation av exponentiell natur). Genom Fouriertransformationsanalys kunde signalen isoleras för att erhålla svängningarnas amplituder och frekvenser. Amplituden för fribäraren ger information om lokala absorptionsspektra, medan oscillationsfrekvenserna beror på provets mekaniska styvhet (Figur 12).
För-och nackdelar
NSOM kombinerat med FTIR/Raman-tekniker kan ge lokal kemisk information tillsammans med topografiska detaljer. Denna teknik är oförstörande och kan fungera i en mängd olika miljöer (vätskor), till exempel vid detektering av enstaka biomolekyler. Det upplysta området av provet är relativt stort vid cirka 1 μm. Provtagningsområdet är dock endast ~10 nm. Detta innebär att en stark bakgrund från en oren spets bidrar till den övergripande signalen, vilket hindrar signalanalysen.
Raman-spektroskopin i allmänhet kan vara tidskrävande på grund av den låga spridningseffektiviteten (<1 på 107 fotoner). Det tar vanligtvis flera minuter att ackumulera ett konventionellt Raman-spektrum, och den här tiden kan vara mycket längre i Raman-NSOM; till exempel 9 timmar för en 32×32-pixel bild. När det gäller närfälts-IR/AFM minskar höga optiska förluster i vattenhaltiga miljöer (vatten absorberar starkt i IR-området) signal-brusförhållandet.
Ansökningar
Att förbättra upplösningen och förbättra instrumenteringen med användarvänlig hårdvara och mjukvara kommer att göra AFM/NSOM tillsammans med IR/Raman till ett användbart karaktäriseringsverktyg inom många områden, inklusive biomedicin, material och biovetenskap. Till exempel användes denna teknik för att detektera den spinngjutna tunna filmen av poly(dimetylsiloxan) med polystyren på genom att skanna spetsen över provet. Formen och storleken på polystyrenfragment detekterades vid en hög rumslig upplösning på grund av dess höga absorption vid specifika resonansfrekvenser. Andra exempel inkluderar karakterisering av tunna filmer av oorganisk bornitrid med IR-NSOM. Bilderna av en molekyl rhodamine 6G (Rh-6G) erhölls med en rumslig upplösning på 50 nm. Dessa tekniker kan också användas i många biologiskt relaterade tillämpningar inklusive analys av växtmaterial, ben och enstaka celler. Biologisk tillämpning demonstrerades genom att detektera detaljer om konformationsförändringar av kolesteryloleat orsakade av FEL -bestrålning med en rumslig upplösning under diffraktionsgränsen. Forskare använde också Raman/NSOM för att spåra bildandet av energilagrande polymer polyhydroxibutyrat i bakterier Rhodobacter capsulatus .
Detta karakteriseringsverktyg kan också hjälpa till i kinetiska studier av fysikaliska och kemiska processer på en mängd olika ytor som ger kemisk specificitet via IR-spektroskopi samt högupplöst bildbehandling via AFM. Till exempel utfördes studien av vätetermineringen av Si (100)-ytan genom att studera absorbansen av Si-O-bindning för att karakterisera reaktionen mellan kiselyta och atmosfäriskt syre. Studier genomfördes också där reaktiviteten hos en polymer, en 1000 nm tjock poly-(tert-butylmetakrylat) (PTBMA) kombinerad med en fotokemiskt modifierad 500 nm tjock poly(metakrylsyra) (PMAA), med vattenånga avbildad de olika absorptionsbanden före och efter vattenupptagningen av polymeren. Inte bara den ökade svällningen av PMAA (280 nm) observerades utan också den olika absorptionsförmågan hos vatten visades genom den olika transmissionen av IR-ljus vid en mycket mindre dimension (<500 nm). Dessa resultat är relaterade till polymer, kemiska och biologiska sensorer och vävnadsteknik och studier av artificiella organ. På grund av deras höga rumsliga upplösning kan NSOM/AFM-Raman/IR-tekniker användas för att mäta bredden på flerskiktsfilmer, inklusive lager som är för små (i x- och y-riktningarna) för att sonderas med konventionell IR- eller Raman-spektroskopi.
