تخطيطي يوضح نظام صور المجهر
وظيفة العدسة العينية تعادل وظيفة العدسة المكبرة ، لكن صورة العدسة المكبرة على نفس جانب الجسم. بعد أن تكبر العدسة الموضوعية في المجهر الكائن ، يجب أن تكون الصورة الناتجة في أنبوب المجهر. إذا كان مبدأ العدسة هو نفس مبدأ العدسة المكبرة ، فليست صورتها تواجه العين البشرية تقوم بالتكبير في الاتجاه المعاكس (نفس الجانب من الكائن) ، فكيف تعرف كيف ترى المزدوج- صورة مكبرة؟ يظهر مبدأ التصوير بالمجهر في الشكل. البعد البؤري للعدسة الشيئية قصير والبعد البؤري للعدسة طويل. يشكل الكائن صورة حقيقية مقلوبة أ "ب من خلال العدسة الموضوعية" ، وتقع الصورة داخل النقطة المحورية للعدسة (داخل أسطوانة العدسة) ، ويمكن أيضًا اعتبارها هدفًا للعدسة ، والتي تصبح صورة افتراضية منتصبة بعد المرور عبر العدسة ؛ لا تزال هي نفسها العدسة المكبرة ، وصورة الكائن على نفس الجانب).
كيف تعمل STMs
تعمل STM من خلال الاستفادة من تأثير النفق الكمي. إذا تم استخدام طرف الإبرة المعدنية كقطب كهربائي واحد ، وتم استخدام العينة الصلبة المراد قياسها كقطب كهربائي آخر ، عندما تكون المسافة بينهما صغيرة مثل حوالي 1 نانومتر ، سيظهر تأثير نفق ، وسوف تمر الإلكترونات عبر الفضاء حاجز من قطب كهربائي إلى القطب الآخر لتكوين تيار. . وحيث Ub: جهد التحيز ؛ k: ثابت ، يساوي تقريبًا 1 ، Φ1 / 2: متوسط دالة العمل ، S: المسافة.
يمكن أن نرى من الصيغة أعلاه أن تيار النفق له علاقة أسية سلبية مع مسافة العينة الطرفية S. حساس للغاية للتغيرات في التباعد. لذلك ، عندما يقوم طرف الإبرة بمسح سطح العينة المراد اختبارها ، حتى لو كان السطح به تقلبات في المقياس الذري فقط ، فسوف يتسبب ذلك في تغييرات كبيرة جدًا في تيار النفق ، حتى بالقرب من ترتيب الحجم. هذا يسمح بتقلبات المقياس الذري في السطح أن تنعكس عن طريق قياس التغيرات في التيار الكهربائي ، كما هو موضح على اليمين في الصورة أدناه. هذا هو مبدأ العمل الأساسي لـ STM ، ويسمى وضع التشغيل هذا وضع الارتفاع الثابت (حافظ على ثبات ارتفاع الطرف).
يحتوي STM أيضًا على وضع عمل آخر ، يسمى الوضع الحالي الثابت ، كما هو موضح على الجانب الأيسر من الشكل أدناه. في هذا الوقت ، أثناء عملية مسح الطرف ، يتم الحفاظ على تيار النفق ثابتًا من خلال حلقة التغذية الراجعة الإلكترونية. من أجل الحفاظ على تيار مستمر ، يتحرك طرف الإبرة لأعلى ولأسفل مع صعود وهبوط سطح العينة ، وذلك لتسجيل مسار حركة طرف الإبرة لأعلى ولأسفل ، ومن ثم يمكن أن تكون تضاريس سطح العينة منح.
وضع التيار الثابت هو نمط عمل شائع الاستخدام لـ STM ، بينما وضع الارتفاع الثابت مناسب فقط لعينات التصوير مع تذبذب سطحي ضئيل. عندما يتقلب سطح العينة بشكل كبير ، نظرًا لأن طرف الإبرة قريب جدًا من سطح العينة ، فإن المسح في وضع الارتفاع الثابت قد يتسبب بسهولة في اصطدام طرف الإبرة بسطح العينة ، مما يؤدي إلى تلف طرف الإبرة وسطح العينة.
كيف تعمل AFMs
المبدأ الأساسي لـ AFM مشابه لمبدأ STM. في AFM ، يتم استخدام طرف إبرة على ناتئ مرن حساس جدًا للقوى الضعيفة لمسح سطح العينة بطريقة نقطية. عندما تكون المسافة بين طرف الإبرة وسطح العينة قريبة جدًا ، تكون هناك قوة ضعيفة جدًا (10-12 ~ 10-6 N) بين الذرات عند طرف طرف الإبرة والذرات الموجودة على سطح العينة. في هذا الوقت ، سيخضع الكابول الصغير لتشوه مرن صغير. تتبع القوة F بين الطرف والعينة وتشوه الكابول قانون هوك: F =- k * x ، حيث k هو ثابت القوة للناتج. لذلك ، طالما تم قياس تشوه الكابول الصغير ، يمكن الحصول على القوة بين الطرف والعينة. تعتمد القوة بين طرف الإبرة والعينة بشدة على المسافة ، لذلك تُستخدم حلقة التغذية الراجعة للحفاظ على القوة بين طرف الإبرة والعينة ثابتة أثناء عملية المسح ، أي يتم الاحتفاظ بتشوه الكابول ثابت ، وسوف يتبع طرف الإبرة العينة. يتحرك صعود وهبوط السطح لأعلى ولأسفل ، ويمكن تسجيل مسار حركة طرف الإبرة لأعلى ولأسفل للحصول على معلومات تضاريس سطح العينة. يُطلق على وضع العمل هذا اسم "وضع القوة الثابتة" وهو أكثر طرق المسح استخدامًا.
يمكن أيضًا الحصول على صور AFM باستخدام "وضع الارتفاع الثابت" ، أي أثناء المسح X ، Y ، دون استخدام حلقة التغذية الراجعة ، مع الحفاظ على المسافة بين طرف الإبرة والعينة ثابتة ، عن طريق قياس اتجاه Z للميكروكانتيليفر. مقدار تشوه الصورة. لا تستخدم هذه الطريقة حلقة تغذية مرتدة ويمكن أن تعتمد سرعة مسح أعلى. عادة ما يتم استخدامه أكثر عند مراقبة الذرات والجزيئات ، ولكنه غير مناسب للعينات ذات التقلبات السطحية الكبيرة نسبيًا.
