En la imagen convencional de campo lejano, donde todos los puntos del espacio están constantemente iluminados durante la imagen, es convencional definir la mejor resolución lateral teórica mediante el Criterio de Rayleigh, o esa distancia entre dos dispersores puntuales donde el disco central de Airy de uno se solapa con el primer anillo oscuro del segundo, lo que conduce a una caída significativa de intensidad (al menos 26%) entre ambos: r = (0,61 x longitud de onda) / (apertura numérica) – digamos dos tercios de micra. La resolución en z (enfoque) es mucho peor, estando en torno a decenas de micras.
La microscopía confocal es una técnica de campo lejano diseñada para mejorar la resolución iluminando un volumen aislado limitado por difracción y recogiendo la luz dispersada del mismo volumen: aquí la resolución se define convencionalmente como la dimensión de ancho completo y media altura de la respuesta de dispersión medida: ahora r = (0,41 x longitud de onda) / (apertura numérica) quizá un poco mejor que un tercio de micra para resolución lateral y solo unas tres veces peor en z (enfoque). Las técnicas de campo cercano buscan reducir aún más el volumen iluminado.
La microscopía óptica de barrido de campo cercano (NSOM o SNOM, dependiendo de si se sigue el ejemplo de IBM o Bell Lab) emplea una pequeña apertura, en la punta misma, en la metalización de una fibra óptica estirada que permite que la luz se filtre a muy corta distancia (una limadura evanescente), iluminando así un volumen del diámetro de la apertura y solo un par de nanómetros de profundidad. La luz dispersada de este volumen se recoge entonces en el campo lejano.
Por supuesto, este proceso puede invertirse con la recogida a través de la abertura, desde el mismo volumen que se ilumina en el campo lejano. Incluso es posible tanto iluminar como recoger a través de la fibra, aunque cada paso atenúa el haz en varios millones de veces, por lo que esto solo puede ser útil para dispersión muy fuerte.
La retroalimentación de altura para seguir la topografía superficial y mantener una separación fija entre punta y superficie se ha realizado tradicionalmente mediante retroalimentación de fuerza cortante, donde la punta oscila lateralmente mientras se fija a una punta de un diapasón en resonancia y fija el desplazamiento de fase para mantener una interacción constante con la superficie; Esto es lento, algo insensible, y provoca desgaste de apertura (agrandamiento) por colisión con cualquier topografía significativa de la superficie. Últimamente, se han ideado otros esquemas que utilizan una apertura similar en el ápice de una punta AFM hueca para realizar este tipo de NSOM, permitiendo una retroalimentación algo más robusta.
Como las aperturas más pequeñas que iluminan un volumen menor transmiten menos fotones, esta técnica se limita, en la práctica, a resoluciones de 100nm (o con más dificultad) quizás la mitad. También hay artefactos significativos asociados, por ejemplo, a: rendimiento variable de la apertura cuando se mantiene cerca de una superficie o por variación en la altura de retroalimentación debido a la interacción del ancho (diámetro de apertura + el doble del grosor de metalización) con la rugosidad superficial; y variación de polarización a lo largo de la apertura. Cabe señalar que escanear estas aberturas sobre un borde (incluso en ausencia de topografía) genera un artefacto con un tamaño de la mitad del ancho de apertura, que a veces se confunde con la resolución.
El SNOM de dispersión (sSNOM), del que TERS es un ejemplo, utiliza una punta física para definir el volumen de espectroscopía de forma pasiva, por su presencia física o activamente, por sus efectos fotónicos. Por ejemplo, una punta física escaneada a nanómetros de la superficie de un cristal TIRF, donde un haz de excitación totalmente reflejado internamente proporciona un campo evanescente poco profundo, generará luz que se propague al campo lejano desde el volumen inmediatamente alrededor de la punta física, lo que, por tanto, define la resolución.
TERS y las técnicas TEOS asociadas emplean un recubrimiento metálico cuya actividad fotónica hace que actúe como una antena que media la transferencia de energía del haz de excitación de campo lejano al campo cercano. Los llamados "puntos calientes" en la punta son campos no propagadores de dipolo eléctrico extremadamente alto, que iluminan efectivamente un volumen con solo un par de nanómetros de diámetro. Aunque sigue siendo necesario desconvolver la respuesta de campo lejano limitada por difracción de la respuesta de campo cercano a escala nanométrica, esto es posible y, en el caso de dispersores fuertes, no estrictamente necesario, ya que el realce en las puntas puede ser del orden de 10 7, o más.
Actualmente hay mucho debate entre los profesionales sobre las definiciones de resolución para las técnicas TEOS y aún queda trabajo teórico por hacer para comprender plenamente cuáles de los mecanismos de contraste observados son útiles.
La imagen TERS (área de escaneo de 100 × 100 nm, con un tamaño de paso de píxel de 1,3 nm, tiempo total de adquisición < 9 min, tiempo de integración de 100 ms por píxel), que muestra imágenes químicas a nanoescala nanométrica de un único nanotubo de carbono con resolución espacial de 8 nm, confirmada a partir del análisis de sección de la intensidad TERS.
En este ejemplo presentado Fig. 7, la imagen TERS (área de escaneo de 100 × 100 nm, con un paso de píxel de 1,3 nm, tiempo total de adquisición < 9 min, 100 ms de integración por píxel), mostró imágenes químicas a nanoescala nanométrica de un único nanotubo de carbono con una resolución espacial de 8 nm, confirmada por el análisis de sección de la intensidad TERS.
Como primera aproximación, esta resolución depende del radio de curvatura de la punta TERS, esos "8 nanómetros" resultan de la convolución del radio de la punta. Así, la resolución TERS alcanzable puede aproximarse y considerarse igual a la mitad del radio de curvatura de la punta.
