Схема, яка ілюструє систему зображення мікроскопа
Функція окуляра еквівалентна функції збільшувального скла, але зображення лупи знаходиться з того самого боку, що й об’єкт. Після того, як об’єктив мікроскопа збільшить об’єкт, отримане зображення має бути в тубусі мікроскопа. Якщо принцип роботи окуляра такий самий, як і лупи, хіба його зображення не спрямоване? Людське око масштабує в протилежному напрямку (той самий бік об’єкта), тож як ви знаєте, як побачити подвійну збільшене зображення? Принцип роботи мікроскопа зображено на малюнку. Фокусна відстань лінзи об'єктива коротка, а фокусна відстань окуляра велика. Об’єкт утворює перевернуте реальне зображення A"B" через лінзу об’єктива, зображення розташоване в фокусі окуляра (всередині оправи об’єктива), і його також можна розглядати як об’єкт окуляра, який стає вертикальне віртуальне зображення після проходження через окуляр; воно все ще таке ж, як і лупа, а зображення об’єкта знаходиться з того самого боку).
Як працюють STM
STM працює, використовуючи ефект квантового тунелювання. Якщо металевий кінчик голки використовується як один електрод, а твердий зразок для вимірювання використовується як інший електрод, коли відстань між ними становить приблизно 1 нм, виникне тунельний ефект, і електрони будуть проходити через простір. бар'єр від одного електрода до іншого електрода для формування струму. . А де Ub: напруга зміщення; k: постійна, приблизно дорівнює 1, Φ1/2: середня робота виходу, S: відстань.
З наведеної вище формули видно, що тунельний струм має негативну експоненціальну залежність від відстані S від зонда до зразка. Дуже чутливий до змін відстані. Таким чином, коли кінчик голки сканує поверхню досліджуваного зразка, навіть якщо поверхня має лише флуктуації атомного масштабу, це спричинить дуже значні зміни в тунельному струмі, навіть близькі до порядку величини. Це дозволяє відображати атомні коливання на поверхні шляхом вимірювання змін електричного струму, як показано праворуч на зображенні нижче. Це основний принцип роботи STM, і цей режим роботи називається режимом постійної висоти (зберігайте висоту наконечника постійною).
STM також має інший режим роботи, який називається режимом постійного струму, як показано в лівій частині малюнка нижче. У цей час, під час процесу сканування наконечника, тунельний струм підтримується постійним через електронну петлю зворотного зв’язку. Щоб підтримувати постійний струм, кінчик голки рухається вгору та вниз разом із підйомами та опусканнями поверхні зразка, щоб записати траєкторію руху кінчика голки вгору та вниз, а потім можна визначити топографію поверхні зразка. дано.
Режим постійного струму є широко використовуваним робочим режимом STM, тоді як режим постійної висоти підходить лише для зразків зображення з невеликими коливаннями поверхні. Коли поверхня зразка сильно коливається, оскільки кінчик голки знаходиться дуже близько до поверхні зразка, сканування в режимі постійної висоти може легко спричинити зіткнення кінчика голки з поверхнею зразка, що призведе до пошкодження кінчика голки та поверхні зразка.
Як працюють AFM
Основний принцип АСМ подібний до СТМ. У AFM кінчик голки на еластичному кантилевері, який дуже чутливий до слабких сил, використовується для сканування поверхні зразка растровим способом. Коли відстань між кінчиком голки та поверхнею зразка дуже близька, існує дуже слабка сила (10-12~10-6N) між атомами на кінчику кінчика голки та атомами на поверхню зразка. У цей час мікрокантилевер зазнає невеликої пружної деформації. Сила F між наконечником і зразком і деформація кантилевера відповідають закону Гука: F=-k*x, де k є силовою константою кантилевера. Таким чином, поки вимірюється деформація мікрокантилевера, можна отримати силу між наконечником і зразком. Сила між кінчиком голки та зразком сильно залежить від відстані, тому петля зворотного зв’язку використовується для підтримки сили між кінчиком голки та зразком постійною під час процесу сканування, тобто зберігається деформація кантилевера. постійним, і кінчик голки буде слідувати зразку. Підйоми та спуски поверхні рухаються вгору та вниз, а траєкторію руху кінчика голки вгору та вниз можна записати, щоб отримати інформацію про рельєф поверхні зразка. Цей робочий режим називається «Режим постійної сили» і є найпоширенішим методом сканування.
АСМ-зображення також можна отримати за допомогою «Режиму постійної висоти», тобто під час сканування X, Y, без використання петлі зворотного зв’язку, зберігаючи відстань між кінчиком голки та зразком постійною, шляхом вимірювання напрямку Z мікрокантилевера. ступінь деформації зображення. Цей метод не використовує цикл зворотного зв’язку та може використовувати вищу швидкість сканування. Зазвичай він використовується частіше при спостереженні за атомами та молекулами, але він не підходить для зразків із відносно великими флуктуаціями поверхні.
