Bildeprinsippdiagram av et mikroskop
Mikroskopisk avbildningsprinsippdiagram
Jeg vet at funksjonen til et okular tilsvarer et forstørrelsesglass, men forstørrelsesglasset lager et bilde på samme side av objektet, og objektivlinsen i mikroskopet forstørrer objektet, noe som resulterer i et bilde som skal være inne i mikroskopet rør. Hvis prinsippet til et okular er det samme som et forstørrelsesglass, bør bildet ikke forstørres i motsatt retning av det menneskelige øyet (på samme side av objektet). Så hvordan ser vi bildet av sekundær forstørrelse? Bildeprinsippet til et mikroskop er vist i figuren. Objektivlinsen har kortere brennvidde, mens okularet har lengre brennvidde. Objektet passerer gjennom objektivlinsen for å danne et omvendt ekte bilde A "B", som er plassert innenfor brennpunktet til okularet (inne i linserøret). Det kan også betraktes som et objekt av okularet, og etter å ha passert gjennom okularet, blir det et oppreist virtuelt bilde. Det er fortsatt det samme som et forstørrelsesglass, med objektbildet på samme side.
Arbeidsprinsippet til STM
STM fungerer ved å utnytte kvantetunneleffekten. Hvis metallnålspissen brukes som en elektrode og den målte faste prøven brukes som en annen elektrode, vil en tunneleffekt oppstå når avstanden mellom dem er omtrent 1 nm, og elektroner vil passere gjennom den romlige potensialbarrieren fra en elektrode til den andre elektrode for å danne en strøm. Og Ub: forspenning; k: Konstant, omtrent lik 1, Φ 1/2: Gjennomsnittlig arbeidsfunksjon, S: Avstand.
Fra ligningen ovenfor kan man se at tunnelstrømmen har en negativ eksponentiell sammenheng med avstanden S mellom nålespissprøvene. Svært følsom for endringer i avstand. Derfor, når nålespissen utfører en plan skanning på overflaten av den testede prøven, selv om overflaten bare har fluktuasjoner i atomskala, vil det forårsake svært betydelige, eller til og med nær en størrelsesorden, endringer i tunnelstrømmen. På denne måten kan fluktuasjonen av atomskala på overflaten reflekteres ved å måle endringene i strømmen, som vist på høyre side av følgende figur. Dette er det grunnleggende arbeidsprinsippet til STM, som kalles konstant høydemodus (holde nålespissens høyde konstant).
STM har en annen driftsmodus, kalt konstantstrømmodus, som vist på venstre side av figuren. På dette tidspunktet, under nåleskanningsprosessen, holdes tunnelstrømmen konstant gjennom en elektronisk tilbakemeldingssløyfe. For å opprettholde en konstant strøm, beveger nålespissen seg opp og ned med fluktuasjonen av prøveoverflaten, og registrerer derved banen til nålespissens opp- og nedbevegelse, og gir morfologien til prøveoverflaten.
Konstantstrømmodusen er en ofte brukt arbeidsmodus for STM, mens konstanthøydemodusen kun er egnet for avbildning av prøver med små overflatesvingninger. Når overflaten av prøven svinger betydelig, på grunn av at nålespissen er veldig nær prøveoverflaten, kan bruk av konstanthøydemodusskanning lett føre til at nålespissen kolliderer med prøveoverflaten, noe som fører til skade mellom nålespissen og prøven flate.
