Một sơ đồ minh họa hệ thống hình ảnh của kính hiển vi
Chức năng của thị kính tương đương với kính lúp nhưng ảnh của kính lúp cùng phía với vật. Sau khi vật kính trong kính hiển vi phóng to vật thể, hình ảnh thu được sẽ nằm trong ống kính hiển vi. Nếu nguyên lý của thị kính giống như nguyên lý của kính lúp, chẳng phải ảnh của nó hướng về phía Mắt người phóng to theo hướng ngược lại (cùng một phía của vật), vậy làm sao bạn biết cách nhìn hai vật? ảnh phóng to? Nguyên tắc hình ảnh của kính hiển vi được thể hiện trong hình. Tiêu cự của vật kính ngắn, tiêu cự của thị kính dài. Vật cho ảnh thật ngược chiều A"B qua vật kính", ảnh nằm trong tiêu điểm của thị kính (nằm trong lỗ thấu kính) và cũng có thể coi nó là vật của thị kính, trở thành vật kính. ảnh ảo thẳng đứng sau khi qua thị kính; nó vẫn bằng kính lúp và ảnh của vật nằm cùng một phía).
STM hoạt động như thế nào
STM hoạt động bằng cách sử dụng hiệu ứng đường hầm lượng tử. Nếu đầu kim kim loại được sử dụng làm một điện cực và mẫu rắn cần đo được sử dụng làm điện cực khác, khi khoảng cách giữa chúng nhỏ khoảng 1nm, hiệu ứng đường hầm sẽ xuất hiện và các electron sẽ đi qua không gian chắn từ điện cực này sang điện cực kia để tạo thành dòng điện. . Và trong đó Ub: điện áp phân cực; k: hằng số, xấp xỉ bằng 1, Φ1/2: hàm công việc trung bình, S: khoảng cách.
Từ công thức trên có thể thấy rằng dòng điện trong đường hầm có mối quan hệ hàm mũ âm với khoảng cách đầu mẫu S. Rất nhạy cảm với những thay đổi về khoảng cách. Do đó, khi đầu kim quét qua bề mặt của mẫu cần kiểm tra, ngay cả khi bề mặt chỉ có dao động ở cấp độ nguyên tử, nó sẽ gây ra những thay đổi rất đáng kể trong dòng điện trong đường hầm, thậm chí gần bằng cấp độ lớn. Điều này cho phép các dao động quy mô nguyên tử trên bề mặt được phản ánh bằng cách đo các thay đổi trong dòng điện, như thể hiện ở bên phải trong hình bên dưới. Đây là nguyên tắc làm việc cơ bản của STM, và chế độ hoạt động này được gọi là chế độ chiều cao không đổi (giữ cho chiều cao đầu không đổi).
STM còn có một chế độ làm việc khác, gọi là chế độ dòng điện không đổi, như thể hiện ở phía bên trái của hình bên dưới. Tại thời điểm này, trong quá trình quét đầu, dòng điện trong đường hầm được giữ không đổi thông qua vòng phản hồi điện tử. Để duy trì dòng điện không đổi, đầu kim di chuyển lên xuống theo sự lên xuống của bề mặt mẫu, để ghi lại quỹ đạo chuyển động lên xuống của đầu kim, sau đó có thể ghi lại địa hình của bề mặt mẫu được cho.
Chế độ dòng điện không đổi là chế độ làm việc thường được sử dụng của STM, trong khi chế độ chiều cao không đổi chỉ phù hợp để chụp ảnh các mẫu có ít dao động bề mặt. Khi bề mặt mẫu dao động lớn, do đầu kim rất gần với bề mặt mẫu, việc quét ở chế độ độ cao không đổi có thể dễ dàng khiến đầu kim va chạm với bề mặt mẫu, dẫn đến hư hỏng đầu kim và bề mặt mẫu.
Cách thức hoạt động của AFM
Nguyên tắc cơ bản của AFM tương tự như của STM. Trong AFM, một đầu kim trên công cụ đúc hẫng đàn hồi rất nhạy cảm với các lực yếu được sử dụng để quét bề mặt mẫu theo cách raster. Khi khoảng cách giữa đầu kim và bề mặt mẫu rất gần, sẽ có một lực rất yếu (10-12~10-6N) giữa các nguyên tử ở đầu mũi kim và các nguyên tử trên bề mặt mẫu. Tại thời điểm này, công cụ đúc siêu nhỏ sẽ trải qua một biến dạng đàn hồi nhỏ. Lực F giữa đầu và mẫu và sự biến dạng của công cụ đúc hẫng tuân theo định luật Hooke: F=-k*x, trong đó k là hằng số lực của công cụ đúc hẫng. Do đó, miễn là đo được độ biến dạng của công cụ đúc siêu nhỏ, có thể thu được lực giữa đầu và mẫu. Lực giữa đầu kim và mẫu phụ thuộc nhiều vào khoảng cách, vì vậy vòng phản hồi được sử dụng để giữ cho lực giữa đầu kim và mẫu không đổi trong quá trình quét, nghĩa là giữ nguyên biến dạng của công xôn không đổi, và mũi kim sẽ đi theo mẫu. Các thăng trầm của bề mặt di chuyển lên xuống và quỹ đạo chuyển động lên xuống của đầu kim có thể được ghi lại để lấy thông tin về địa hình bề mặt của mẫu. Chế độ làm việc này được gọi là "Chế độ lực liên tục" và là phương pháp quét được sử dụng rộng rãi nhất.
Cũng có thể thu được hình ảnh AFM bằng cách sử dụng "Chế độ chiều cao không đổi", nghĩa là trong quá trình quét X, Y, không sử dụng vòng phản hồi, giữ khoảng cách giữa đầu kim và mẫu không đổi, bằng cách đo hướng Z của đầu dò siêu nhỏ. lượng biến dạng của ảnh. Phương pháp này không sử dụng vòng phản hồi và có thể sử dụng tốc độ quét cao hơn. Nó thường được sử dụng nhiều hơn khi quan sát các nguyên tử và phân tử, nhưng nó không phù hợp với các mẫu có dao động bề mặt tương đối lớn.
