Et skjema som illustrerer mikroskopets bildesystem
Funksjonen til okularet tilsvarer den til et forstørrelsesglass, men bildet av forstørrelsesglasset er på samme side som objektet. Etter at objektivlinsen i mikroskopet forstørrer objektet, bør det resulterende bildet være i mikroskoprøret. Hvis prinsippet for okularet er det samme som for forstørrelsesglasset, er ikke bildet vendt mot Det menneskelige øyet zoomer i motsatt retning (samme side av objektet), så hvordan vet du hvordan du ser dobbelt- forstørret bilde? Bildeprinsippet til mikroskopet er vist i figuren. Brennvidden til objektivlinsen er kort, og okularets brennvidde er lang. Objektet danner et invertert reelt bilde A"B gjennom objektivlinsen", bildet er plassert innenfor okularets brennpunkt (inne i linsehylsen), og det kan også betraktes som objektet til okularet, som blir en oppreist virtuelt bilde etter å ha passert gjennom okularet; det er fortsatt det samme som forstørrelsesglasset, og objektbildet er på samme side).
Hvordan STM fungerer
STM fungerer ved å utnytte kvantetunneleffekten. Hvis metallnålspissen brukes som en elektrode, og den faste prøven som skal måles brukes som den andre elektroden, når avstanden mellom dem er så liten som ca. 1 nm, vil en tunneleffekt oppstå, og elektroner vil passere gjennom rommet barriere fra en elektrode til den andre elektroden for å danne en strøm. . Og hvor Ub: forspenning; k: konstant, omtrent lik 1, Φ1/2: gjennomsnittlig arbeidsfunksjon, S: avstand.
Det kan sees fra formelen ovenfor at tunnelstrømmen har et negativt eksponentielt forhold til spissprøveavstanden S. Meget følsom for endringer i avstand. Derfor, når nålespissen skanner overflaten av prøven som skal testes, selv om overflaten bare har atomskala-fluktuasjoner, vil det forårsake svært betydelige endringer i tunnelstrømmen, selv nær størrelsesorden. Dette gjør at fluktuasjoner i atomskala i overflaten kan reflekteres ved å måle endringer i elektrisk strøm, som vist til høyre i bildet nedenfor. Dette er det grunnleggende arbeidsprinsippet til STM, og denne driftsmodusen kalles konstant høydemodus (hold spisshøyden konstant).
STM har også en annen arbeidsmodus, kalt konstantstrømmodus, som vist på venstre side av figuren nedenfor. På dette tidspunktet, under spissskanningsprosessen, holdes tunnelstrømmen konstant gjennom den elektroniske tilbakemeldingssløyfen. For å opprettholde en konstant strøm, beveger nålespissen seg opp og ned med opp- og nedover på prøveoverflaten, for å registrere banen til nålespissens opp- og nedbevegelse, og deretter kan topografien til prøveoverflaten være gitt.
Konstant strømmodus er en ofte brukt arbeidsmodus for STM, mens konstanthøydemodus kun er egnet for avbildning av prøver med liten overflatesvingning. Når prøveoverflaten svinger sterkt, siden nålespissen er svært nær prøveoverflaten, kan skanning i konstant høyde-modus lett føre til at nålespissen kolliderer med prøveoverflaten, noe som resulterer i skade på nålespissen og prøveoverflaten.
Hvordan AFM-er fungerer
Grunnprinsippet for AFM er likt det for STM. I AFM brukes en nålespiss på en elastisk cantilever som er svært følsom for svake krefter for å skanne prøveoverflaten på en raster måte. Når avstanden mellom nålespissen og prøveoverflaten er veldig nær, er det en veldig svak kraft (10-12~10-6N) mellom atomene på spissen av nålespissen og atomene på prøveoverflaten. På dette tidspunktet vil mikro-cantileveren gjennomgå en liten elastisk deformasjon. Kraften F mellom spissen og prøven og deformasjonen av utkragingen følger Hookes lov: F=-k*x, der k er kraftkonstanten til utkragingen. Derfor, så lenge deformasjonen av mikro-cantileveren måles, kan kraften mellom spissen og prøven oppnås. Kraften mellom nålespissen og prøven har en sterk avhengighet av avstanden, så tilbakemeldingssløyfen brukes til å holde kraften mellom nålespissen og prøven konstant under skanningsprosessen, det vil si at deformasjonen av utkragingen holdes konstant, og nålespissen vil følge prøven. Opp- og nedturene på overflaten beveger seg opp og ned, og banen til nålespissens opp- og nedbevegelse kan registreres for å få informasjon om overflatetopografien til prøven. Denne arbeidsmodusen kalles "Constant Force Mode" og er den mest brukte skannemetoden.
AFM-bilder kan også oppnås ved å bruke "Constant Height Mode", det vil si under X, Y-skanning, uten å bruke en tilbakemeldingssløyfe, holde avstanden mellom nålespissen og prøven konstant, ved å måle Z-retningen til mikrocantileveren. mengde deformasjon til bildet. Denne metoden bruker ikke en tilbakemeldingssløyfe og kan ta i bruk en høyere skannehastighet. Den brukes vanligvis mer når man observerer atomer og molekyler, men den egner seg ikke for prøver med relativt store overflatesvingninger.
