Na microscopia de força atômica convencional, onde todos os pontos no espaço são constantemente iluminados durante a aquisição da imagem, é comum definir a melhor resolução lateral teórica pelo Critério de Rayleigh, ou seja, a distância entre dois dispersores pontuais onde o disco de Airy central de um deles se sobrepõe ao primeiro anel escuro do segundo, resultando em uma queda significativa de intensidade (pelo menos 26%) entre os dois: r = (0,61 x comprimento de onda) / (abertura numérica) – digamos, dois terços de um mícron. A resolução em z (foco) é muito pior, sendo da ordem de dezenas de mícrons.
A microscopia confocal é uma técnica de campo distante projetada para melhorar a resolução iluminando um volume isolado com resolução limitada pela difração e coletando a luz espalhada desse mesmo volume: a resolução aqui é convencionalmente definida como a dimensão de largura à meia altura da resposta de espalhamento medida: agora r = (0,41 x comprimento de onda) / (abertura numérica), o que pode ser um pouco melhor que um terço de um mícron para resolução lateral e apenas cerca de três vezes pior em z (foco). As técnicas de campo próximo visam reduzir ainda mais o volume iluminado.
A microscopia óptica de varredura de campo próximo (NSOM ou SNOM, dependendo se você seguir a liderança da IBM ou do Bell Labs) emprega uma pequena abertura, na extremidade da metalização de uma fibra óptica estirada, que permite que a luz escape por uma distância muito curta (um campo evanescente), iluminando assim um volume com o diâmetro da abertura e apenas alguns nanômetros de profundidade. A luz dispersa desse volume é então coletada no campo distante.
É claro que esse processo pode ser revertido com a coleta através da abertura, a partir do mesmo volume que é iluminado no campo distante. É até possível iluminar e coletar através da fibra, embora cada passagem atenue o feixe em alguns milhões de vezes, de modo que isso só seja útil para espalhamento muito forte.
Tradicionalmente, o feedback de altura para rastrear a topografia da superfície e manter uma separação fixa entre a ponta e a superfície tem sido feito por meio de feedback de força de cisalhamento, onde a ponta é oscilada lateralmente enquanto fixada a um dos dentes de um diapasão em ressonância, mantendo a defasagem constante para garantir a interação contínua com a superfície. Esse método é lento, pouco sensível e leva ao desgaste (aumento) da abertura por colisão com qualquer irregularidade significativa da topografia da superfície. Recentemente, outros esquemas foram desenvolvidos utilizando uma abertura similar no ápice de uma ponta oca de AFM para realizar esse tipo de NSOM, permitindo um feedback um pouco mais robusto.
Como aberturas menores que iluminam um volume menor transmitem menos fótons, essa técnica é limitada, na prática, a resoluções de 100 nm (ou, com mais dificuldade, talvez metade disso). Além disso, existem artefatos significativos associados, por exemplo: à variação da transmissão de luz da abertura quando esta é mantida próxima a uma superfície ou à variação na altura de realimentação devido à interação da largura (diâmetro da abertura + duas vezes a espessura da metalização) com a rugosidade da superfície; e à variação da polarização ao longo da abertura. Deve-se notar que a varredura dessas aberturas sobre uma borda (mesmo na ausência de topografia) gera um artefato com tamanho equivalente à metade da largura da abertura, o qual às vezes é confundido com resolução.
A técnica de espalhamento-SNOM (sSNOM), da qual TERS é um exemplo, utiliza uma ponta física para definir o volume de espectroscopia passivamente, por sua presença física, ou ativamente, por seus efeitos fotônicos. Por exemplo, uma ponta física escaneada a nanômetros da superfície de um cristal TIRF, onde um feixe de excitação totalmente refletido internamente fornece um campo evanescente raso, gerará luz que se propaga para o campo distante a partir do volume imediatamente ao redor da ponta física, o que, portanto, define a resolução.
As técnicas TERS e TEOS associadas empregam um revestimento metálico cuja atividade fotônica faz com que ele atue como uma antena, mediando a transferência de energia do feixe de excitação de campo distante para o campo próximo. Os chamados "pontos quentes" na ponta são campos não propagantes de dipolo elétrico extremamente alto, que iluminam efetivamente um volume com apenas alguns nanômetros de diâmetro. Embora ainda seja necessário deconvoluir a resposta de campo distante, limitada pela difração, da resposta de campo próximo em escala nanométrica, isso é possível e, no caso de fortes dispersores, não é estritamente necessário, visto que o aumento de intensidade na ponta pode ser da ordem de 10⁷ ou mais.
Atualmente, há muita discussão entre os profissionais sobre as definições de resolução para as técnicas TEOS, e ainda há trabalho teórico a ser feito para compreender completamente quais dos mecanismos de contraste observados são úteis.
A imagem TERS (área de varredura de 100 × 100 nm, com um passo de pixel de 1,3 nm, tempo total de aquisição < 9 min, tempo de integração de 100 ms por pixel), mostrando a imagem química em nanoescala de um único nanotubo de carbono com uma resolução espacial de 8 nm, confirmada pela análise da intensidade TERS na seção transversal.
Neste exemplo apresentado na Fig. 7, a imagem TERS (área de varredura de 100 × 100 nm, com um tamanho de passo de pixel de 1,3 nm, tempo total de aquisição < 9 min, tempo de integração de 100 ms por pixel) mostrou a imagem química em nanoescala de um único nanotubo de carbono com uma resolução espacial de 8 nm, confirmada pela análise da intensidade TERS na seção transversal.
Em uma primeira aproximação, essa resolução depende do raio de curvatura da própria ponta TERS; esses "8 nanômetros" resultam da convolução do raio da ponta. Assim, a resolução TERS alcançável pode ser aproximada e considerada igual à metade do raio de curvatura da ponta.
