Uma distância controlada e reproduzível entre a ponta e a amostra é um requisito crucial em experimentos TERS. Para a regulação da distância da ponta em relação à superfície da amostra, três métodos de microscopia de varredura por sonda (SPM), AFM, STM e microscopia de força normal/de cisalhamento, têm sido empregados principalmente.
Microscopia de Força Atômica (AFM) baseada em cantilever:
O Microscópio de Força Atômica baseia-se na medição das forças de flexão de uma viga que sustenta a ponta. Normalmente, isso é obtido detectando a alteração na reflexão de um feixe de laser induzida pelas forças quando a alavanca percebe a interação ponta-amostra (modo de contato), ou uma mudança na frequência de ressonância de uma oscilação induzida na ponta devido à proximidade da amostra (modo de semicontato, também conhecido como modo intermitente ou modo de batida).
Em todos os casos, essas forças estão relacionadas a interações atômicas ou moleculares típicas, que variam desde forças de van der Waals até interações eletrostáticas repulsivas.
A principal vantagem dos modos de feedback do AFM baseados em cantilever é que praticamente não existem requisitos especiais para a amostra. O sistema funciona em qualquer superfície com rugosidade de até alguns micrômetros, e uma grande quantidade de informações adicionais relacionadas às interações ponta-amostra pode ser analisada (topografia, imagem de fase, condutividade, fricção, potencial de contato e muito mais).
Na espectroscopia Raman de superfície aprimorada TERS, o modo de contato do microscópio de força atômica (AFM) tem sido usado com sucesso; no entanto, cuidados especiais devem ser tomados para evitar danos à ponta metálica (revestida). O modo de feedback por contato intermitente (tapping mode) é mais apropriado para amostras biológicas aderentes, como lipídios, proteínas, etc. Contudo, se as amplitudes de oscilação da ponta forem grandes, ela permanecerá na região de campo próximo apenas por uma fração do tempo. Consequentemente, o desafio é realizar os experimentos TERS com as menores amplitudes possíveis e uma distância ponta-amostra bem definida, mantendo um feedback estável. Como solução técnica, um modo de imagem específico, o chamado modo "Spec-stack", foi desenvolvido no SmartSPM de modo que a ponta alterna entre o contato para a aquisição TERS e o movimento em modo de contato intermitente para o pixel seguinte, evitando danos à sua proximidade.
Microscopia de tunelamento por varredura (STM):
Na microscopia de tunelamento de varredura (STM), uma ponta condutora é mantida a uma distância de tunelamento de elétrons da superfície. Para que o tunelamento ocorra, tanto a ponta quanto a superfície da amostra precisam ser condutoras; portanto, metais são geralmente usados como substratos e também para as pontas. A distância de tunelamento entre a ponta e a amostra é normalmente considerada na ordem de 1 nm ou menos.
A desvantagem da abordagem STM é a limitação a amostras condutoras ou monocamadas moleculares e outras amostras muito finas. Por outro lado, as principais vantagens do feedback do STM são a maior resolução espacial, o melhor controle da distância da ponta e a facilidade de preparação da ponta (geralmente por ataque eletroquímico). Além disso, ao alterar a polarização da ponta, o STM pode investigar parâmetros adicionais que são de interesse específico em eletroquímica.
Microscopia de força de cisalhamento e força normal:
Em um microscópio de força de cisalhamento (Shear Force), uma ponta metálica (geralmente as mesmas pontas TERS usadas em STM) é colada à haste de um diapasão de quartzo. Ao ser excitado, esse sistema (ponta e diapasão) vibra em sua frequência de ressonância, utilizando a piezoelectricidade natural do quartzo. Quando esse sistema oscilante é aproximado da superfície por meio do amortecimento da oscilação livre, similar ao modo de contato intermitente (tapping mode) do AFM, um desvio da ressonância é usado como sinal de feedback. Duas abordagens diferentes podem ser usadas: (i) modo de força de cisalhamento, quando a direção de oscilação do diapasão é paralela à superfície da amostra (interação similar ao modo usado com SNOM baseado em fibra) e (ii) modo de força normal, quando essa direção de oscilação é normal à superfície da amostra (levando, portanto, a uma interação atômica típica, como na regulação do AFM). A principal vantagem é a facilidade de preparação da ponta; as desvantagens são a resolução lateral intrinsecamente menor e a baixíssima reprodutibilidade na colagem da ponta à haste.