Schéma znázorňujúca zobrazovací systém mikroskopu
Funkcia okuláru je ekvivalentná funkcii lupy, ale obraz lupy je na tej istej strane ako objekt. Potom, čo šošovka objektívu v mikroskope zväčší objekt, výsledný obraz by mal byť v tubuse mikroskopu. Ak je princíp okuláru rovnaký ako princíp lupy, nie je jeho obraz otočený Ľudské oko sa priblíži opačným smerom (rovnaká strana objektu), tak ako viete, ako vidieť dvojitý zväčšený obrázok? Princíp zobrazovania mikroskopu je znázornený na obrázku. Ohnisková vzdialenosť šošovky objektívu je krátka a ohnisková vzdialenosť okuláru je dlhá. Objekt vytvára prevrátený skutočný obraz A"B cez šošovku objektívu", obraz sa nachádza v ohnisku okulára (vo vnútri tubusu šošovky) a možno ho považovať aj za predmet okuláru, ktorý sa stáva vzpriamený virtuálny obraz po prechode cez okulár; je stále rovnaký ako lupa a obrázok objektu je na rovnakej strane).
Ako fungujú STM
STM funguje tak, že využíva efekt kvantového tunelovania. Ak sa kovový hrot ihly použije ako jedna elektróda a pevná vzorka, ktorá sa má merať, sa použije ako druhá elektróda, keď je vzdialenosť medzi nimi malá asi 1 nm, objaví sa tunelový efekt a elektróny budú prechádzať priestorom. bariéra z jednej elektródy na druhú elektródu na vytvorenie prúdu. . A kde Ub: predpätie; k: konštanta, približne rovná 1, Φ1/2: priemerná pracovná funkcia, S: vzdialenosť.
Z vyššie uvedeného vzorca je možné vidieť, že tunelovací prúd má negatívny exponenciálny vzťah so vzdialenosťou hrot-vzorka S. Veľmi citlivý na zmeny vo vzdialenosti. Preto, keď hrot ihly skenuje povrch testovanej vzorky, aj keď má povrch len fluktuácie v atómovom meradle, spôsobí to veľmi významné zmeny v tunelovom prúde, dokonca rádovo blízke. To umožňuje, aby sa fluktuácie v atómovom meradle na povrchu odrážali meraním zmien elektrického prúdu, ako je znázornené vpravo na obrázku nižšie. Toto je základný pracovný princíp STM a tento režim činnosti sa nazýva režim konštantnej výšky (udržiavajte konštantnú výšku hrotu).
STM má tiež ďalší pracovný režim, nazývaný režim konštantného prúdu, ako je znázornené na ľavej strane obrázku nižšie. V tomto čase, počas procesu skenovania hrotu, sa tunelový prúd udržiava konštantný prostredníctvom elektronickej spätnoväzbovej slučky. Aby sa udržal konštantný prúd, hrot ihly sa pohybuje nahor a nadol s nahor a nadol povrchu vzorky, aby sa zaznamenala trajektória pohybu hrotu ihly nahor a nadol, a potom môže byť topografia povrchu vzorky daný.
Režim konštantného prúdu je bežne používaným pracovným režimom STM, zatiaľ čo režim konštantnej výšky je vhodný len na zobrazovanie vzoriek s malým kolísaním povrchu. Keď povrch vzorky veľmi kolíše, pretože hrot ihly je veľmi blízko povrchu vzorky, skenovanie v režime konštantnej výšky môže ľahko spôsobiť kolíziu hrotu ihly s povrchom vzorky, čo má za následok poškodenie hrotu ihly a povrchu vzorky.
Ako fungujú AFM
Základný princíp AFM je podobný ako pri STM. V AFM sa na skenovanie povrchu vzorky rastrovým spôsobom používa hrot ihly na elastickom ramene, ktorý je veľmi citlivý na slabé sily. Keď je vzdialenosť medzi hrotom ihly a povrchom vzorky veľmi blízka, medzi atómami na hrote ihly a atómami na hrote je veľmi slabá sila (10-12~10-6N). povrch vzorky. V tomto čase podstúpi mikrokonzola malú elastickú deformáciu. Sila F medzi hrotom a vzorkou a deformácia konzoly sa riadia Hookovým zákonom: F=-k*x, kde k je silová konštanta konzoly. Preto, pokiaľ sa meria deformácia mikrokonzoly, je možné získať silu medzi špičkou a vzorkou. Sila medzi špičkou ihly a vzorkou silne závisí od vzdialenosti, takže spätná väzba sa používa na udržanie konštantnej sily medzi špičkou ihly a vzorkou počas procesu skenovania, to znamená, že sa udržiava deformácia konzoly konštantná a hrot ihly bude sledovať vzorku. Vzostupy a zostupy povrchu sa pohybujú nahor a nadol a trajektória pohybu hrotu ihly nahor a nadol možno zaznamenať, aby sa získali informácie o topografii povrchu vzorky. Tento pracovný režim sa nazýva "Constant Force Mode" a je najpoužívanejšou metódou skenovania.
Obrázky AFM je možné získať aj pomocou „režimu konštantnej výšky“, to znamená počas skenovania X, Y, bez použitia spätnej väzby, pričom vzdialenosť medzi špičkou ihly a vzorkou sa udržiava konštantná, meraním smeru Z mikrokonzoly. miera deformácie obrazu. Táto metóda nepoužíva spätnú väzbu a môže prijať vyššiu rýchlosť skenovania. Zvyčajne sa používa skôr pri pozorovaní atómov a molekúl, ale nie je vhodný pre vzorky s relatívne veľkými fluktuáciami povrchu.
