סכימה הממחישה את מערכת התמונות של המיקרוסקופ
תפקידה של העינית שווה ערך לזה של זכוכית מגדלת, אך התמונה של הזכוכית המגדלת נמצאת באותו צד של האובייקט. לאחר שעדשת האובייקט במיקרוסקופ מגדילה את האובייקט, התמונה המתקבלת צריכה להיות בצינור המיקרוסקופ. אם העיקרון של העינית זהה לזה של הזכוכית המגדלת, האם התמונה שלה לא פונה העין האנושית מתקרבת בכיוון ההפוך (אותו צד של האובייקט), אז איך תדעו לראות את הכפול- תמונה מוגדלת? עיקרון ההדמיה של המיקרוסקופ מוצג באיור. אורך המוקד של עדשת המטרה קצר, ואורך המוקד של העינית ארוך. האובייקט יוצר תמונה אמיתית הפוכה A"B דרך עדשת האובייקטיב", התמונה ממוקמת בתוך נקודת המוקד של העינית (בתוך קנה העדשה), וניתן להתייחס אליה גם כאובייקט של העינית, שהופך ל- תמונה וירטואלית זקופה לאחר מעבר דרך העינית; זה עדיין זהה לזכוכית המגדלת, ותמונת האובייקט נמצאת באותו צד).
איך STMs עובדים
STM פועל על ידי ניצול אפקט המנהור הקוונטי. אם קצה מחט המתכת משמש כאלקטרודה אחת, והמדגם המוצק שיש למדוד משמש כאלקטרודה השנייה, כאשר המרחק ביניהם קטן כמו כ-1 ננומטר, יופיע אפקט מנהרה, ואלקטרונים יעברו בחלל מחסום מאלקטרודה אחת לאלקטרודה השנייה ליצירת זרם. . ואיפה Ub: מתח הטיה; k: קבוע, שווה בערך ל-1, Φ1/2: פונקציית עבודה ממוצעת, S: מרחק.
ניתן לראות מהנוסחה לעיל כי לזרם המנהור יש קשר אקספוננציאלי שלילי עם מרחק הקצה-דגימה S. רגיש מאוד לשינויים במרווחים. לכן, כאשר קצה המחט סורק את פני הדגימה לבדיקה, גם אם על פני השטח יש רק תנודות בקנה מידה אטומי, זה יגרום לשינויים משמעותיים מאוד בזרם המנהרה, אפילו קרוב לסדר גודל. זה מאפשר לתנודות בקנה מידה אטומי על פני השטח להשתקף על ידי מדידת שינויים בזרם החשמלי, כפי שמוצג מימין בתמונה למטה. זהו עקרון העבודה הבסיסי של STM, ומצב פעולה זה נקרא מצב גובה קבוע (שמור על גובה העצה קבוע).
ל-STM יש גם מצב עבודה נוסף, הנקרא מצב זרם קבוע, כפי שמוצג בצד שמאל של האיור למטה. בשלב זה, במהלך תהליך סריקת הקצה, זרם המנהרה נשמר קבוע דרך לולאת המשוב האלקטרונית. על מנת לשמור על זרם קבוע, קצה המחט נע למעלה ולמטה עם העליות והמורדות של משטח הדגימה, כדי לתעד את מסלול התנועה למעלה ולמטה של קצה המחט, ולאחר מכן ניתן לבצע את הטופוגרפיה של משטח הדגימה. נָתוּן.
מצב זרם קבוע הוא מצב עבודה נפוץ של STM, בעוד שמצב גובה קבוע מתאים רק להדמיה של דגימות עם מעט תנודות פני השטח. כאשר משטח הדגימה משתנה מאוד, מכיוון שקצה המחט קרוב מאוד למשטח הדגימה, סריקה במצב גובה קבוע עלולה לגרום בקלות לקצה המחט להתנגש במשטח הדגימה, וכתוצאה מכך נזק לקצה המחט ולמשטח הדגימה.
איך עובדי AFM
העיקרון הבסיסי של AFM דומה לזה של STM. ב-AFM, קצה מחט על שלוחה אלסטית הרגיש מאוד לכוחות חלשים משמש לסריקת משטח המדגם בצורה רסטר. כאשר המרחק בין קצה המחט למשטח הדגימה קרוב מאוד, יש כוח חלש מאוד (10-12~10-6N) בין האטומים בקצה קצה המחט לבין האטומים על משטח מדגם. בשלב זה, המיקרו-קנטיליבר יעבור דפורמציה אלסטית קטנה. הכוח F בין הקצה למדגם והדפורמציה של הזרוע פועלים לפי חוק הוק: F=-k*x, כאשר k הוא קבוע הכוח של הזרוע. לכן, כל עוד מודדים את העיוות של המיקרו שלוחה, ניתן לקבל את הכוח בין הקצה לדוגמא. לכוח בין קצה המחט לדגימה יש תלות חזקה במרחק, ולכן לולאת המשוב משמשת לשמירה על הכוח בין קצה המחט לדגימה קבוע במהלך תהליך הסריקה, כלומר, העיוות של השלוחה נשמר קבוע, וקצה המחט יעקוב אחר המדגם. העליות והמורדות של פני השטח נעים למעלה ולמטה, וניתן לתעד את מסלול התנועה למעלה ולמטה של קצה המחט כדי לקבל את המידע של הטופוגרפיה של פני השטח של המדגם. מצב עבודה זה נקרא "מצב כוח קבוע" והוא שיטת הסריקה הנפוצה ביותר.
ניתן לקבל תמונות AFM גם באמצעות "מצב גובה קבוע", כלומר, במהלך סריקת X, Y, ללא שימוש בלולאת משוב, תוך שמירה על המרחק בין קצה המחט לדגימה קבוע, על ידי מדידת כיוון Z של המיקרו-קנטיליבר. כמות העיוות לתמונה. שיטה זו אינה משתמשת בלולאת משוב ויכולה לאמץ מהירות סריקה גבוהה יותר. בדרך כלל משתמשים בו יותר בעת התבוננות באטומים ומולקולות, אך הוא אינו מתאים לדגימות עם תנודות שטח גדולות יחסית.
