Šema koja ilustruje sistem slike mikroskopa
Funkcija okulara je ekvivalentna funkciji lupe, ali slika lupe je na istoj strani kao i predmet. Nakon što sočivo objektiva u mikroskopu poveća predmet, rezultujuća slika bi trebala biti u cijevi mikroskopa. Ako je princip okulara isti kao i lupe, zar njegova slika nije okrenuta. uvećana slika? Princip snimanja mikroskopa prikazan je na slici. Žižna daljina sočiva objektiva je kratka, a žižna daljina okulara duga. Predmet formira obrnutu realnu sliku A"B kroz sočivo objektiva", slika se nalazi unutar fokusne tačke okulara (unutar cijevi sočiva), a može se smatrati i objektom okulara, koji postaje uspravna virtuelna slika nakon prolaska kroz okular; i dalje je isto kao lupa, a slika objekta je na istoj strani).
Kako rade STM
STM radi koristeći efekat kvantnog tuneliranja. Ako se metalni vrh igle koristi kao jedna elektroda, a čvrsti uzorak koji se mjeri kao druga elektroda, kada je razmak između njih samo oko 1nm, pojavit će se tunelski efekat i elektroni će proći kroz prostor barijera od jedne elektrode do druge elektrode da bi se formirala struja. . I gdje je Ub: prednapon; k: konstanta, približno jednaka 1, Φ1/2: prosječna radna funkcija, S: udaljenost.
Iz gornje formule može se vidjeti da tunelska struja ima negativnu eksponencijalnu vezu sa rastojanjem vrh-uzorak S. Vrlo je osjetljiva na promjene u razmaku. Stoga, kada vrh igle skenira površinu uzorka koji se testira, čak i ako površina ima samo fluktuacije na atomskoj skali, to će uzrokovati vrlo značajne promjene u tunelskoj struji, čak i blizu reda veličine. Ovo omogućava da se fluktuacije atomske skale na površini odraze mjerenjem promjena električne struje, kao što je prikazano desno na slici ispod. Ovo je osnovni princip rada STM-a, a ovaj način rada se naziva konstantnom visinom (držati visinu vrha konstantnom).
STM takođe ima još jedan radni režim, koji se zove režim konstantne struje, kao što je prikazano na levoj strani donje slike. U ovom trenutku, tokom procesa skeniranja vrha, tunelska struja se održava konstantnom kroz elektronsku povratnu petlju. Kako bi se održala stalna struja, vrh igle se pomiče gore-dolje s usponima i padovima površine uzorka, kako bi se zabilježila putanja kretanja vrha igle gore-dolje, a zatim se topografija površine uzorka može dato.
Način rada s konstantnom strujom je uobičajen način rada STM-a, dok je način rada s konstantnom visinom pogodan samo za snimanje uzoraka s malom fluktuacijom površine. Kada površina uzorka jako fluktuira, budući da je vrh igle vrlo blizu površine uzorka, skeniranje u režimu konstantne visine može lako dovesti do sudara vrha igle s površinom uzorka, što rezultira oštećenjem vrha igle i površine uzorka.
Kako AFM rade
Osnovni princip AFM je sličan onom kod STM. U AFM, vrh igle na elastičnoj konzoli koja je vrlo osjetljiva na slabe sile koristi se za skeniranje površine uzorka na rasterski način. Kada je razmak između vrha igle i površine uzorka vrlo blizak, postoji vrlo slaba sila (10-12~10-6N) između atoma na vrhu vrha igle i atoma na površina uzorka. U ovom trenutku, mikro-konzola će doživjeti malu elastičnu deformaciju. Sila F između vrha i uzorka i deformacija konzole slijede Hookeov zakon: F=-k*x, gdje je k konstanta sile konzole. Stoga, sve dok se mjeri deformacija mikro-konzole, može se dobiti sila između vrha i uzorka. Sila između vrha igle i uzorka ima jaku ovisnost o udaljenosti, tako da se petlja povratne sprege koristi da sila između vrha igle i uzorka ostane konstantna tokom procesa skeniranja, odnosno da se zadrži deformacija konzole. konstantna, a vrh igle će pratiti uzorak. Usponi i padovi površine se kreću gore-dolje, a putanja kretanja vrha igle gore-dolje može se snimiti kako bi se dobile informacije o topografiji površine uzorka. Ovaj način rada naziva se "Režim konstantne sile" i najčešće je korištena metoda skeniranja.
AFM slike se također mogu dobiti korištenjem "Constant Height Mode", to jest, tokom X, Y skeniranja, bez korištenja povratne petlje, održavajući razmak između vrha igle i uzorka konstantnim, mjerenjem Z smjera mikrokantilevera. količina deformacije slike. Ova metoda ne koristi povratnu petlju i može usvojiti veću brzinu skeniranja. Obično se više koristi kada se promatraju atomi i molekuli, ali nije prikladan za uzorke s relativno velikim površinskim fluktuacijama.
