Uno schema che illustra il sistema di immagini del microscopio
La funzione dell'oculare è equivalente a quella di una lente d'ingrandimento, ma l'immagine della lente d'ingrandimento è dalla stessa parte dell'oggetto. Dopo che la lente dell'obiettivo nel microscopio ha ingrandito l'oggetto, l'immagine risultante dovrebbe essere nel tubo del microscopio. Se il principio dell'oculare è lo stesso di quello della lente d'ingrandimento, la sua immagine non è rivolta L'occhio umano ingrandisce nella direzione opposta (lo stesso lato dell'oggetto), quindi come fai a sapere come vedere il doppio- immagine ingrandita? Il principio di imaging del microscopio è mostrato nella figura. La lunghezza focale dell'obiettivo è breve e la lunghezza focale dell'oculare è lunga. L'oggetto forma un'immagine reale invertita A"B attraverso la lente dell'obiettivo", l'immagine si trova all'interno del punto focale dell'oculare (all'interno del barilotto dell'obiettivo), e può anche essere considerata come l'oggetto dell'oculare, che diventa un immagine virtuale verticale dopo il passaggio attraverso l'oculare; è sempre uguale alla lente d'ingrandimento e l'immagine dell'oggetto è sullo stesso lato).
Come funzionano gli STM
STM funziona utilizzando l'effetto tunneling quantistico. Se la punta dell'ago di metallo viene utilizzata come un elettrodo e il campione solido da misurare viene utilizzato come l'altro elettrodo, quando la distanza tra loro è di circa 1 nm, apparirà un effetto tunnel e gli elettroni passeranno attraverso lo spazio barriera da un elettrodo all'altro elettrodo per formare una corrente. . E dove Ub: tensione di polarizzazione; k: costante, approssimativamente uguale a 1, Φ1/2: funzione lavoro media, S: distanza.
Si può vedere dalla formula precedente che la corrente di tunneling ha una relazione esponenziale negativa con la distanza punta-campione S. Molto sensibile ai cambiamenti di spaziatura. Pertanto, quando la punta dell'ago scansiona la superficie del campione da testare, anche se la superficie presenta solo fluttuazioni su scala atomica, causerà cambiamenti molto significativi nella corrente del tunnel, anche vicini all'ordine di grandezza. Ciò consente di riflettere le fluttuazioni su scala atomica nella superficie misurando i cambiamenti nella corrente elettrica, come mostrato a destra nell'immagine sottostante. Questo è il principio di funzionamento di base di STM e questa modalità operativa è chiamata modalità ad altezza costante (mantenere costante l'altezza della punta).
STM ha anche un'altra modalità di lavoro, chiamata modalità a corrente costante, come mostrato sul lato sinistro della figura sottostante. In questo momento, durante il processo di scansione della punta, la corrente del tunnel viene mantenuta costante attraverso l'anello di retroazione elettronico. Per mantenere una corrente costante, la punta dell'ago si muove su e giù con gli alti e bassi della superficie del campione, in modo da registrare la traiettoria del movimento su e giù della punta dell'ago, e quindi la topografia della superficie del campione può essere dato.
La modalità a corrente costante è una modalità di lavoro comunemente usata di STM, mentre la modalità ad altezza costante è adatta solo per l'imaging di campioni con poca fluttuazione della superficie. Quando la superficie del campione oscilla notevolmente, poiché la punta dell'ago è molto vicina alla superficie del campione, la scansione in modalità ad altezza costante può facilmente causare la collisione della punta dell'ago con la superficie del campione, con conseguenti danni alla punta dell'ago e alla superficie del campione.
Come funzionano gli AFM
Il principio di base di AFM è simile a quello di STM. In AFM, una punta dell'ago su un cantilever elastico che è molto sensibile alle forze deboli viene utilizzata per scansionare la superficie del campione in modo raster. Quando la distanza tra la punta dell'ago e la superficie del campione è molto ravvicinata, c'è una forza molto debole (10-12~10-6N) tra gli atomi sulla punta della punta dell'ago e gli atomi sulla superficie del campione. In questo momento, il micro-cantilever subirà una piccola deformazione elastica. La forza F tra la punta e il campione e la deformazione del cantilever seguono la legge di Hooke: F=-k*x, dove k è la costante di forza del cantilever. Pertanto, misurando la deformazione del micro-cantilever, è possibile ottenere la forza tra la punta e il campione. La forza tra la punta dell'ago e il campione ha una forte dipendenza dalla distanza, quindi il ciclo di feedback viene utilizzato per mantenere costante la forza tra la punta dell'ago e il campione durante il processo di scansione, ovvero viene mantenuta la deformazione del cantilever costante e la punta dell'ago seguirà il campione. Gli alti e bassi della superficie si muovono su e giù e la traiettoria del movimento su e giù della punta dell'ago può essere registrata per ottenere le informazioni sulla topografia superficiale del campione. Questa modalità di lavoro si chiama "Constant Force Mode" ed è il metodo di scansione più utilizzato.
Le immagini AFM possono essere ottenute anche utilizzando la "Constant Height Mode", ovvero durante la scansione X, Y, senza utilizzare un loop di feedback, mantenendo costante la distanza tra la punta dell'ago e il campione, misurando la direzione Z del microcantilever quantità di deformazione dell'immagine. Questo metodo non utilizza un ciclo di feedback e può adottare una maggiore velocità di scansione. Di solito è usato di più quando si osservano atomi e molecole, ma non è adatto per campioni con fluttuazioni superficiali relativamente grandi.
