Shema, ki prikazuje slikovni sistem mikroskopa
Funkcija okularja je enakovredna funkciji povečevalnega stekla, vendar je slika povečevalnega stekla na isti strani kot predmet. Ko leča objektiva v mikroskopu poveča predmet, mora biti nastala slika v mikroskopski cevi. Če je načelo okularja enako kot pri povečevalnem steklu, ali ni njegova slika obrnjena? Človeško oko poveča v nasprotni smeri (na isto stran predmeta), kako torej veste, kako vidite dvojno povečana slika? Načelo slikanja mikroskopa je prikazano na sliki. Goriščna razdalja leče objektiva je kratka, goriščna razdalja okularja pa dolga. Predmet tvori obrnjeno realno sliko A"B skozi lečo objektiva", slika se nahaja znotraj goriščne točke okularja (znotraj tulca leče) in jo lahko obravnavamo tudi kot predmet okularja, ki postane pokončna navidezna slika po prehodu skozi okular; je še vedno enaka povečevalnemu steklu in slika predmeta je na isti strani).
Kako delujejo STM
STM deluje z uporabo učinka kvantnega tuneliranja. Če se kot ena elektroda uporabi kovinska konica igle, kot druga elektroda pa se uporabi trdni vzorec, ki ga je treba izmeriti, ko je razdalja med njima tako majhna kot približno 1 nm, se bo pojavil učinek tunela in elektroni bodo šli skozi prostor pregrada od ene elektrode do druge elektrode, da nastane tok. . In kjer je Ub: prednapetost; k: konstanta, približno enaka 1, Φ1/2: povprečna delovna funkcija, S: razdalja.
Iz zgornje formule je razvidno, da ima tunelski tok negativno eksponentno razmerje z razdaljo med konico in vzorcem S. Zelo občutljiv na spremembe v razmiku. Zato, ko konica igle skenira površino vzorca, ki ga je treba testirati, bo to povzročilo zelo pomembne spremembe v tunelskem toku, tudi če ima površina le nihanja v atomskem merilu, celo blizu reda velikosti. To omogoča, da se nihanja v atomskem merilu na površini odražajo z merjenjem sprememb električnega toka, kot je prikazano na desni na spodnji sliki. To je osnovni princip delovanja STM in ta način delovanja se imenuje način konstantne višine (ohranjajte konstantno višino konice).
STM ima tudi drug način delovanja, imenovan način konstantnega toka, kot je prikazano na levi strani spodnje slike. V tem času se med postopkom skeniranja konice tok tunela ohranja konstanten skozi elektronsko povratno zanko. Da bi ohranili konstanten tok, se konica igle premika gor in dol z vzponi in navzdoli površine vzorca, tako da se zabeleži tir gibanja konice igle navzgor in navzdol, nato pa je mogoče topografijo površine vzorca dano.
Način konstantnega toka je pogosto uporabljen delovni način STM, medtem ko je način konstantne višine primeren le za vzorce slikanja z majhnim nihanjem površine. Ko površina vzorca močno niha, ker je konica igle zelo blizu površine vzorca, lahko skeniranje v načinu s konstantno višino zlahka povzroči trčenje konice igle s površino vzorca, kar povzroči poškodbo konice igle in površine vzorca.
Kako delujejo AFM
Osnovno načelo AFM je podobno načelu STM. Pri AFM se za skeniranje površine vzorca na rastrski način uporablja konica igle na elastični konzoli, ki je zelo občutljiva na šibke sile. Ko je razdalja med konico igle in površino vzorca zelo blizu, obstaja zelo šibka sila (10-12~10-6N) med atomi na konici konice igle in atomi na površino vzorca. V tem času bo mikrokonzola podvržena majhni elastični deformaciji. Sila F med konico in vzorcem ter deformacija konzole sledita Hookovemu zakonu: F=-k*x, kjer je k konstanta sile konzole. Torej, dokler se meri deformacija mikrokonzole, lahko dobimo silo med konico in vzorcem. Sila med konico igle in vzorcem je močno odvisna od razdalje, zato se uporablja povratna zanka za ohranjanje konstante sile med konico igle in vzorcem med postopkom skeniranja, kar pomeni, da se ohrani deformacija konzole. konstantna, konica igle pa bo sledila vzorcu. Vzponi in padci površine se premikajo navzgor in navzdol, pot gibanja konice igle navzgor in navzdol pa je mogoče zabeležiti, da se pridobijo informacije o topografiji površine vzorca. Ta način dela se imenuje "način konstantne sile" in je najpogosteje uporabljena metoda skeniranja.
Slike AFM je mogoče pridobiti tudi z uporabo "načina konstantne višine", to je med skeniranjem X, Y, brez uporabe povratne zanke, pri čemer je razdalja med konico igle in vzorcem konstantna, z merjenjem smeri Z mikrokantileverja. količina deformacije slike. Ta metoda ne uporablja povratne zanke in lahko sprejme večjo hitrost skeniranja. Običajno se uporablja bolj pri opazovanju atomov in molekul, vendar ni primeren za vzorce z relativno velikimi površinskimi fluktuacijami.
