דיאגרמת עקרונות הדמיה של מיקרוסקופ
דיאגרמת עקרון הדמיה מיקרוסקופית
אני יודע שתפקידה של עינית שווה ערך לזכוכית מגדלת, אבל הזכוכית המגדלת יוצרת תמונה באותו צד של האובייקט, ועדשת האובייקטיב במיקרוסקופ מגדילה את האובייקט, וכתוצאה מכך תמונה שאמורה להיות בתוך המיקרוסקופ צינור. אם העיקרון של עינית זהה לזה של זכוכית מגדלת, אז אין להגדיל את התמונה שלה בכיוון ההפוך לעין האנושית (באותו צד של האובייקט). אז איך אנחנו רואים את התמונה של הגדלה משנית? עיקרון ההדמיה של מיקרוסקופ מוצג באיור. לעדשת האובייקט יש אורך מוקד קצר יותר, ואילו לעינית אורך מוקד ארוך יותר. האובייקט עובר דרך עדשת האובייקטיב ליצירת תמונה אמיתית הפוכה A "B", הממוקמת בתוך נקודת המוקד של העינית (בתוך צינור העדשה). ניתן להתייחס אליו גם כאובייקט של העינית, ולאחר מעבר דרך העינית הוא הופך לתמונה וירטואלית זקופה. זה עדיין זהה לזכוכית מגדלת, עם תמונת האובייקט באותו צד.
עקרון העבודה של STM
STM פועל על ידי ניצול אפקט המנהור הקוונטי. אם קצה מחט המתכת משמש כאלקטרודה אחת והדגימה המוצקה הנמדדת משמשת כאלקטרודה נוספת, אפקט מנהור יתרחש כאשר המרחק ביניהם הוא כ-1 ננומטר, ואלקטרונים יעברו דרך מחסום הפוטנציאל המרחבי מאלקטרודה אחת לאחרת. אלקטרודה ליצירת זרם. ו-Ub: מתח הטיה; k: קבוע, שווה בערך ל-1, Φ 1/2: פונקציית עבודה ממוצעת, S: מרחק.
מהמשוואה לעיל, ניתן לראות כי לזרם המנהרה יש קשר אקספוננציאלי שלילי עם המרווח S בין דגימות קצה המחט. רגיש מאוד לשינויים במרווחים. לכן, כאשר קצה המחט מבצע סריקה מישורית על פני הדגימה הנבדקת, גם אם על פני השטח יש רק תנודות בקנה מידה אטומי, הדבר יגרום לשינויים משמעותיים מאוד, או אפילו קרוב לסדר גודל, בזרם המנהרה. בדרך זו, ניתן לשקף את התנודתיות בקנה מידה אטומי על פני השטח על ידי מדידת השינויים בזרם, כפי שמוצג בצד ימין של האיור הבא. זהו עקרון העבודה הבסיסי של STM, הנקרא מצב גובה קבוע (שמירה על גובה קצה המחט קבוע).
ל-STM יש מצב פעולה נוסף, הנקרא מצב זרם קבוע, כפי שמוצג בצד שמאל של האיור. בשלב זה, במהלך תהליך סריקת המחט, זרם המנהרה נשמר קבוע דרך לולאת משוב אלקטרונית. כדי לשמור על זרם קבוע, קצה המחט נע למעלה ולמטה עם התנודות של משטח הדגימה, ובכך רושם את מסלול התנועה של קצה המחט למעלה ולמטה, ומספק את המורפולוגיה של משטח הדגימה.
מצב הזרם הקבוע הוא מצב עבודה נפוץ עבור STM, בעוד שמצב הגובה הקבוע מתאים רק להדמיה של דגימות עם תנודות שטח קטנות. כאשר פני השטח של הדגימה תנודות משמעותית, בגלל שקצה המחט קרוב מאוד למשטח הדגימה, שימוש בסריקה במצב גובה קבוע יכול בקלות לגרום לקצה המחט להתנגש במשטח הדגימה, מה שיוביל לנזק בין קצה המחט לדגימה משטח.
