رسم تخطيطي لمبدأ التصوير للمجهر
مخطط مبدأ التصوير المجهري
أعلم أن وظيفة العدسة تعادل العدسة المكبرة، لكن العدسة المكبرة تخلق صورة على نفس الجانب من الجسم، وتقوم العدسة الشيئية في المجهر بتكبير الجسم، مما ينتج عنه صورة يجب أن تكون داخل المجهر أنبوب. إذا كان مبدأ العدسة هو نفس مبدأ العدسة المكبرة، فلا ينبغي تكبير صورتها في الاتجاه المعاكس للعين البشرية (على نفس الجانب من الجسم). فكيف نرى صورة التكبير الثانوي؟ يظهر في الشكل مبدأ التصوير بالمجهر. العدسة الشيئية لها طول بؤري أقصر، في حين أن العدسة لها طول بؤري أطول. يمر الجسم من خلال العدسة الموضوعية ليشكل صورة حقيقية مقلوبة أ "ب"، والتي تقع ضمن بؤرة العدسة العينية (داخل أنبوب العدسة). ويمكن أيضًا اعتباره كائنًا للعدسة، وبعد المرور عبر العدسة، يصبح صورة افتراضية منتصبة. ولا يزال هو نفس العدسة المكبرة، مع صورة الكائن على نفس الجانب.
مبدأ عمل STM
يعمل STM من خلال الاستفادة من تأثير نفق الكم. إذا تم استخدام طرف الإبرة المعدنية كقطب كهربائي واحد وتم استخدام العينة الصلبة المقاسة كقطب كهربائي آخر، فسيحدث تأثير النفق عندما تكون المسافة بينهما حوالي 1 نانومتر، وسوف تمر الإلكترونات عبر حاجز الجهد المكاني من قطب كهربائي إلى آخر القطب الكهربائي لتكوين تيار . وUb: الجهد المتحيز؛ k: ثابت، يساوي تقريبًا 1، Φ 1/2: دالة الشغل المتوسطة، S: المسافة.
من المعادلة أعلاه، يمكن ملاحظة أن تيار النفق له علاقة أسية سلبية مع التباعد S بين عينات طرف الإبرة. حساسة للغاية للتغيرات في التباعد. لذلك، عندما يقوم طرف الإبرة بإجراء مسح مستو على سطح العينة التي تم اختبارها، حتى لو كان السطح به تقلبات على المستوى الذري فقط، فسوف يتسبب ذلك في حدوث تغييرات كبيرة جدًا، أو حتى قريبة من حجمها، في تيار النفق. وبهذه الطريقة يمكن عكس تقلب المقياس الذري على السطح عن طريق قياس التغيرات في التيار، كما هو موضح في الجانب الأيمن من الشكل التالي. هذا هو مبدأ العمل الأساسي لـ STM، والذي يسمى وضع الارتفاع الثابت (الحفاظ على ارتفاع ثابت لرأس الإبرة).
لدى STM وضع تشغيل آخر، يسمى وضع التيار الثابت، كما هو موضح على الجانب الأيسر من الشكل. عند هذه النقطة، أثناء عملية مسح الإبرة، يتم الحفاظ على تيار النفق ثابتًا من خلال حلقة تغذية مرتدة إلكترونية. للحفاظ على تيار ثابت، يتحرك طرف الإبرة لأعلى ولأسفل مع تقلب سطح العينة، وبالتالي تسجيل مسار حركة رأس الإبرة لأعلى ولأسفل، وتوفير مورفولوجية سطح العينة.
الوضع الحالي الثابت هو وضع عمل شائع الاستخدام لـ STM، في حين أن وضع الارتفاع الثابت مناسب فقط لعينات التصوير ذات التقلبات السطحية الصغيرة. عندما يتقلب سطح العينة بشكل كبير، نظرًا لأن طرف الإبرة قريب جدًا من سطح العينة، فإن استخدام المسح في وضع الارتفاع الثابت يمكن أن يتسبب بسهولة في اصطدام طرف الإبرة بسطح العينة، مما يؤدي إلى تلف بين طرف الإبرة والعينة سطح.
