Mikroskobun görüntü sistemini gösteren bir şematik
Merceğin işlevi büyütecinkine eşdeğerdir, ancak büyütecin görüntüsü nesne ile aynı taraftadır. Mikroskoptaki objektif mercek cismi büyüttükten sonra ortaya çıkan görüntü mikroskop tüpünde olmalıdır. Merceğin ilkesi büyüteçle aynıysa, görüntüsü insan gözüne ters yönde (nesnenin aynı tarafı) zum yapmaz mı? büyütülmüş görüntü? Mikroskobun görüntüleme prensibi şekilde gösterilmiştir. Objektif merceğin odak uzaklığı kısa, göz merceğinin odak uzaklığı uzundur. Nesne, objektif merceğinden A"B" ters çevrilmiş gerçek bir görüntü oluşturur ", görüntü okülerin odak noktası içinde bulunur (mercek namlusunun içinde) ve aynı zamanda mercek nesnesi olarak kabul edilebilir, bu da bir hale gelir. mercekten geçtikten sonra dik sanal görüntü; hala büyüteçle aynıdır ve nesne görüntüsü aynı taraftadır).
STM'ler nasıl çalışır?
STM, kuantum tünelleme etkisini kullanarak çalışır. Metal iğne ucu bir elektrot olarak kullanılırsa ve ölçülecek katı numune diğer elektrot olarak kullanılırsa, aralarındaki mesafe yaklaşık 1 nm kadar küçük olduğunda, bir tünel etkisi ortaya çıkar ve elektronlar boşluktan geçer. bir akım oluşturmak için bir elektrottan diğer elektrota bariyer. . Ve burada Ub: ön gerilim; k: sabit, yaklaşık olarak 1'e eşit, Φ1/2: ortalama iş fonksiyonu, S: mesafe.
Yukarıdaki formülden, tünelleme akımının uç-numune mesafesi S ile negatif bir üstel ilişkiye sahip olduğu görülebilir. Aralıktaki değişikliklere karşı çok hassastır. Bu nedenle, iğne ucu test edilecek numunenin yüzeyini taradığında, yüzeyde sadece atomik ölçekte dalgalanmalar olsa bile, tünel akımında büyüklük sırasına yakın bile çok önemli değişikliklere neden olacaktır. Bu, aşağıdaki resimde sağda gösterildiği gibi, elektrik akımındaki değişiklikleri ölçerek yüzeydeki atomik ölçekli dalgalanmaların yansıtılmasını sağlar. Bu, STM'nin temel çalışma prensibidir ve bu çalışma moduna sabit yükseklik modu denir (uç yüksekliğini sabit tutun).
STM'nin ayrıca aşağıdaki şeklin sol tarafında gösterildiği gibi sabit akım modu adı verilen başka bir çalışma modu vardır. Bu sırada, uç tarama işlemi sırasında, elektronik geri besleme döngüsü aracılığıyla tünel akımı sabit tutulur. Sabit bir akımı korumak için, iğne ucunun yukarı ve aşağı hareketinin yörüngesini kaydetmek için iğne ucu, numune yüzeyinin yukarı ve aşağı hareketleriyle yukarı ve aşağı hareket eder ve ardından numune yüzeyinin topografyası olabilir. verildi.
Sabit akım modu, STM'nin yaygın olarak kullanılan bir çalışma modudur, sabit yükseklik modu ise yalnızca çok az yüzey dalgalanması olan numuneleri görüntülemek için uygundur. Numune yüzeyi büyük ölçüde dalgalandığında, iğne ucu numune yüzeyine çok yakın olduğundan, sabit yükseklik modunda tarama yapmak, iğne ucunun numune yüzeyiyle kolayca çarpışmasına neden olarak iğne ucunun ve numune yüzeyinin hasar görmesine neden olabilir.
AFM'ler nasıl çalışır?
AFM'nin temel prensibi STM'ninkine benzer. AFM'de, numune yüzeyini raster bir şekilde taramak için zayıf kuvvetlere karşı çok hassas olan elastik bir konsol üzerindeki bir iğne ucu kullanılır. İğne ucu ile numune yüzeyi arasındaki mesafe çok yakın olduğunda, iğne ucunun ucundaki atomlar ile iğne ucunun ucundaki atomlar arasında çok zayıf bir kuvvet (10-12~10-6N) vardır. örnek yüzey Bu sırada, mikro konsol küçük bir elastik deformasyona uğrayacaktır. Uç ile numune arasındaki F kuvveti ve konsolun deformasyonu, Hooke yasasını takip eder: F=-k*x, burada k, konsolun kuvvet sabitidir. Bu nedenle, mikro konsolun deformasyonu ölçüldüğü sürece, uç ile numune arasındaki kuvvet elde edilebilir. İğne ucu ile numune arasındaki kuvvet, mesafeye güçlü bir şekilde bağlıdır, bu nedenle tarama işlemi sırasında iğne ucu ile numune arasındaki kuvveti sabit tutmak için geri besleme döngüsü kullanılır, yani konsolun deformasyonu korunur. sabit ve iğne ucu numuneyi takip edecektir. Yüzeyin iniş ve çıkışları yukarı ve aşağı hareket eder ve iğne ucunun yukarı ve aşağı hareketinin yörüngesi, numunenin yüzey topografyası hakkında bilgi elde etmek için kaydedilebilir. Bu çalışma modu "Sabit Kuvvet Modu" olarak adlandırılır ve en yaygın kullanılan tarama yöntemidir.
AFM görüntüleri ayrıca "Sabit Yükseklik Modu" kullanılarak, yani X, Y taraması sırasında, geri besleme döngüsü kullanılmadan, iğne ucu ile numune arasındaki mesafe sabit tutularak, mikro konsolun Z yönü ölçülerek elde edilebilir. görüntüdeki deformasyon miktarı. Bu yöntem, bir geri besleme döngüsü kullanmaz ve daha yüksek bir tarama hızı kullanabilir. Genellikle atomları ve molekülleri gözlemlerken daha çok kullanılır, ancak nispeten büyük yüzey dalgalanmaları olan numuneler için uygun değildir.
