Un esquema que il·lustra el sistema d'imatge del microscopi
La funció de l'ocular és equivalent a la d'una lupa, però la imatge de la lupa està al mateix costat que l'objecte. Després que la lent de l'objectiu del microscopi amplifiqui l'objecte, la imatge resultant hauria d'estar al tub del microscopi. Si el principi de l'ocular és el mateix que el de la lupa, la seva imatge no està orientada L'ull humà fa zoom en la direcció oposada (el mateix costat de l'objecte), així que com saps com veure el doble- imatge ampliada? El principi d'imatge del microscopi es mostra a la figura. La distància focal de la lent de l'objectiu és curta i la distància focal de l'ocular és llarga. L'objecte forma una imatge real invertida A"B a través de la lent de l'objectiu", la imatge es troba dins del punt focal de l'ocular (dins del canó de la lent) i també es pot considerar com l'objecte de l'ocular, que es converteix en un imatge virtual vertical després de passar per l'ocular; segueix sent el mateix que la lupa i la imatge de l'objecte està al mateix costat).
Com funcionen els STM
STM funciona utilitzant l'efecte de túnel quàntic. Si la punta de l'agulla metàl·lica s'utilitza com un elèctrode i la mostra sòlida que s'ha de mesurar s'utilitza com l'altre elèctrode, quan la distància entre ells és tan petita com aproximadament 1 nm, apareixerà un efecte túnel i els electrons passaran per l'espai. barrera d'un elèctrode a l'altre elèctrode per formar un corrent. . I on Ub: voltatge de polarització; k: constant, aproximadament igual a 1, Φ1/2: funció de treball mitjana, S: distància.
A partir de la fórmula anterior es pot veure que el corrent de túnel té una relació exponencial negativa amb la distància punta-mostra S. Molt sensible als canvis en l'espaiat. Per tant, quan la punta de l'agulla escaneja la superfície de la mostra a provar, fins i tot si la superfície només té fluctuacions a escala atòmica, provocarà canvis molt significatius en el corrent del túnel, fins i tot propers a l'ordre de magnitud. Això permet que les fluctuacions a escala atòmica a la superfície es reflecteixin mesurant els canvis en el corrent elèctric, tal com es mostra a la dreta a la imatge següent. Aquest és el principi de funcionament bàsic de STM, i aquest mode de funcionament s'anomena mode d'alçada constant (mantenir l'alçada de la punta constant).
STM també té un altre mode de treball, anomenat mode de corrent constant, tal com es mostra a la part esquerra de la figura següent. En aquest moment, durant el procés d'exploració de la punta, el corrent del túnel es manté constant a través del bucle de retroalimentació electrònica. Per mantenir un corrent constant, la punta de l'agulla es mou cap amunt i cap avall amb els alts i baixos de la superfície de la mostra, per registrar la trajectòria del moviment cap amunt i cap avall de la punta de l'agulla i, a continuació, es pot fer la topografia de la superfície de la mostra. donat.
El mode de corrent constant és un mode de treball habitual de STM, mentre que el mode d'alçada constant només és adequat per a mostres d'imatges amb poca fluctuació de superfície. Quan la superfície de la mostra fluctua molt, ja que la punta de l'agulla està molt a prop de la superfície de la mostra, l'exploració en mode d'alçada constant pot provocar fàcilment que la punta de l'agulla xoqui amb la superfície de la mostra, donant lloc a danys a la punta de l'agulla i a la superfície de la mostra.
Com funcionen els AFM
El principi bàsic de l'AFM és similar al de l'STM. A l'AFM, s'utilitza una punta d'agulla en un voladís elàstic que és molt sensible a les forces febles per escanejar la superfície de la mostra d'una manera ràster. Quan la distància entre la punta de l'agulla i la superfície de la mostra és molt propera, hi ha una força molt feble (10-12~10-6N) entre els àtoms de la punta de l'agulla i els àtoms de la punta de l'agulla. superfície de mostra. En aquest moment, el micro-voladís patirà una petita deformació elàstica. La força F entre la punta i la mostra i la deformació del voladís segueixen la llei de Hooke: F=-k*x, on k és la constant de força del voladís. Per tant, sempre que es mesura la deformació del micro-voladís, es pot obtenir la força entre la punta i la mostra. La força entre la punta de l'agulla i la mostra depèn molt de la distància, de manera que el bucle de retroalimentació s'utilitza per mantenir constant la força entre la punta de l'agulla i la mostra durant el procés d'escaneig, és a dir, es manté la deformació del voladís. constant i la punta de l'agulla seguirà la mostra. Els pujades i baixades de la superfície es mouen amunt i avall, i la trajectòria del moviment amunt i avall de la punta de l'agulla es pot registrar per obtenir la informació de la topografia superficial de la mostra. Aquest mode de treball s'anomena "Mode de força constant" i és el mètode d'escaneig més utilitzat.
Les imatges AFM també es poden obtenir mitjançant el "Mode d'alçada constant", és a dir, durant l'escaneig X, Y, sense utilitzar un bucle de retroalimentació, mantenint constant la distància entre la punta de l'agulla i la mostra, mesurant la direcció Z del microvolant. quantitat de deformació de la imatge. Aquest mètode no utilitza un bucle de retroalimentació i pot adoptar una velocitat d'escaneig més alta. Normalment s'utilitza més quan s'observen àtoms i molècules, però no és adequat per a mostres amb fluctuacions de superfície relativament grans.
