A mikroszkóp képrendszerét bemutató vázlat
Az okulár funkciója egyenértékű a nagyítóéval, de a nagyító képe ugyanazon az oldalon van, mint a tárgy. Miután a mikroszkóp objektívlencséje felnagyította a tárgyat, a kapott képnek a mikroszkóp csőben kell lennie. Ha az okulár elve megegyezik a nagyítóéval, akkor nem néz a képe? Az emberi szem az ellenkező irányba zoomol (a tárgy ugyanazon oldalára), akkor honnan tudja, hogyan kell látni a dupla- nagyított kép? A mikroszkóp képalkotási elve az ábrán látható. Az objektív gyújtótávolsága rövid, a szemlencse gyújtótávolsága pedig hosszú. A tárgy az objektívlencsén keresztül fordított A"B valós képet alkot, a kép a szemlencse fókuszpontjában (a lencsecső belsejében) helyezkedik el, és a szemlencse tárgyának is tekinthető, amely függőleges virtuális kép az okuláron való áthaladás után; még mindig ugyanaz, mint a nagyító, és a tárgykép ugyanazon az oldalon van).
Hogyan működnek az STM-ek
Az STM a kvantum alagút effektus felhasználásával működik. Ha a fém tűhegyet használjuk egyik elektródaként, és a mérendő szilárd mintát használjuk a másik elektródaként, amikor a köztük lévő távolság körülbelül 1 nm, alagút effektus jelenik meg, és az elektronok áthaladnak a téren. gátat az egyik elektródától a másik elektródáig, hogy áramot képezzenek. . És ahol Ub: előfeszítő feszültség; k: állandó, megközelítőleg egyenlő 1-gyel, Φ1/2: átlagos munkafüggvény, S: távolság.
A fenti képletből látható, hogy az alagútáram negatív exponenciális kapcsolatban áll az S csúcs-minta távolsággal. Nagyon érzékeny a térköz változásaira. Ezért amikor a tű hegye a vizsgálandó minta felületét pásztázza, még akkor is, ha a felületen csak atomi léptékű ingadozások vannak, az alagútáramban nagyon jelentős, akár nagyságrendhez közeli változásokat okoz. Ez lehetővé teszi a felület atomi léptékű ingadozásainak tükrözését az elektromos áram változásának mérésével, amint az az alábbi képen a jobb oldalon látható. Ez az STM alapvető működési elve, és ezt a működési módot állandó magasságú üzemmódnak nevezik (a hegy magasságának állandó legyen).
Az STM-nek van egy másik üzemmódja is, az úgynevezett állandó áramú üzemmód, amint az az alábbi ábra bal oldalán látható. Ebben az időben a csúcs letapogatásának folyamata során az alagútáramot állandóan tartják az elektronikus visszacsatoló hurkon keresztül. Az állandó áram fenntartása érdekében a tűhegy fel-le mozog a minta felületének emelkedői és lefutásaival, hogy rögzítse a tű hegyének fel-le mozgásának pályáját, majd a minta felületének topográfiáját. adott.
Az állandóáramú üzemmód az STM általánosan használt munkamódja, míg az állandó magasságú üzemmód csak kis felületi ingadozású minták képalkotására alkalmas. Ha a minta felülete erősen ingadozik, mivel a tű hegye nagyon közel van a minta felületéhez, az állandó magasságú üzemmódban végzett pásztázás könnyen okozhatja a tű hegyének ütközését a minta felületével, ami a tű hegyének és a minta felületének károsodását eredményezheti.
Hogyan működnek az AFM-ek
Az AFM alapelve hasonló az STM-éhez. Az AFM-ben egy rugalmas konzolon lévő tűhegy, amely nagyon érzékeny a gyenge erőhatásokra, a mintafelület raszteres pásztázására szolgál. Ha a tű hegye és a minta felülete közötti távolság nagyon közel van, nagyon gyenge erő (10-12~10-6N) van a tű hegyén lévő atomok és a tű hegyén lévő atomok között. mintafelület. Ekkor a mikrokonzol egy kis rugalmas deformáción megy keresztül. A csúcs és a minta közötti F erő, valamint a konzol deformációja követi a Hooke-törvényt: F=-k*x, ahol k a konzol erőállandója. Ezért mindaddig, amíg a mikrokonzol deformációját mérjük, a csúcs és a minta közötti erő elérhető. A tűhegy és a minta közötti erő erősen függ a távolságtól, ezért a visszacsatoló hurok segítségével a tűhegy és a minta közötti erőt állandó szinten tartják a szkennelési folyamat során, vagyis a konzol deformációját megtartják. állandó, és a tű hegye követi a mintát. A felszín fel- és lejtmenetei fel-le mozognak, a tűhegy fel-le mozgásának pályája rögzíthető, így a minta felszíni topográfiájáról kaphatunk információt. Ezt a munkamódot "állandó erő üzemmódnak" nevezik, és ez a legszélesebb körben használt szkennelési módszer.
Az AFM képek a "Constant Height Mode" használatával is előállíthatók, azaz X, Y szkennelés közben, visszacsatoló hurok használata nélkül, állandóan tartva a tűhegy és a minta közötti távolságot, a mikrokonzol Z irányának mérésével. a kép alakváltozásának mértéke. Ez a módszer nem használ visszacsatolási hurkot, és nagyobb szkennelési sebességet is alkalmazhat. Általában inkább atomok, molekulák megfigyelésekor használják, de nem alkalmas viszonylag nagy felületi fluktuációjú mintákra.
