Un esquema que ilustra el sistema de imagen del microscopio.
La función del ocular es equivalente a la de una lupa, pero la imagen de la lupa está del mismo lado que el objeto. Después de que la lente del objetivo en el microscopio amplíe el objeto, la imagen resultante debería estar en el tubo del microscopio. Si el principio del ocular es el mismo que el de la lupa, ¿no está mirando su imagen? El ojo humano hace zoom en la dirección opuesta (el mismo lado del objeto), entonces, ¿cómo sabes cómo ver el doble? imagen ampliada? El principio de formación de imágenes del microscopio se muestra en la figura. La distancia focal de la lente del objetivo es corta y la distancia focal del ocular es larga. El objeto forma una imagen real invertida A"B a través de la lente del objetivo", la imagen se ubica dentro del punto focal del ocular (dentro del cilindro de la lente), y también puede considerarse como el objeto del ocular, que se convierte en un imagen virtual vertical después de pasar por el ocular; sigue siendo el mismo que la lupa, y la imagen del objeto está en el mismo lado).
Cómo funcionan los STM
STM funciona utilizando el efecto de túnel cuántico. Si la punta de la aguja de metal se usa como un electrodo y la muestra sólida que se va a medir se usa como el otro electrodo, cuando la distancia entre ellos es tan pequeña como 1 nm, aparecerá un efecto de túnel y los electrones pasarán a través del espacio. barrera de un electrodo al otro electrodo para formar una corriente. . Y donde Ub: tensión de polarización; k: constante, aproximadamente igual a 1, Φ1/2: función de trabajo promedio, S: distancia.
Se puede ver a partir de la fórmula anterior que la corriente de tunelización tiene una relación exponencial negativa con la distancia punta-muestra S. Muy sensible a los cambios en el espaciado. Por lo tanto, cuando la punta de la aguja escanea la superficie de la muestra a analizar, incluso si la superficie solo tiene fluctuaciones a escala atómica, causará cambios muy significativos en la corriente del túnel, incluso cerca del orden de magnitud. Esto permite que las fluctuaciones a escala atómica en la superficie se reflejen midiendo los cambios en la corriente eléctrica, como se muestra a la derecha en la imagen a continuación. Este es el principio de funcionamiento básico de STM, y este modo de operación se denomina modo de altura constante (mantener la altura de la punta constante).
STM también tiene otro modo de trabajo, llamado modo de corriente constante, como se muestra en el lado izquierdo de la figura a continuación. En este momento, durante el proceso de escaneo de la punta, la corriente del túnel se mantiene constante a través del bucle de retroalimentación electrónica. Para mantener una corriente constante, la punta de la aguja se mueve hacia arriba y hacia abajo con las subidas y bajadas de la superficie de la muestra, para registrar la trayectoria del movimiento hacia arriba y hacia abajo de la punta de la aguja, y luego se puede determinar la topografía de la superficie de la muestra. dado.
El modo de corriente constante es un modo de trabajo de STM de uso común, mientras que el modo de altura constante solo es adecuado para obtener imágenes de muestras con poca fluctuación de superficie. Cuando la superficie de la muestra fluctúa mucho, dado que la punta de la aguja está muy cerca de la superficie de la muestra, escanear en modo de altura constante puede hacer que la punta de la aguja choque fácilmente con la superficie de la muestra, lo que puede dañar la punta de la aguja y la superficie de la muestra.
Cómo funcionan los AFM
El principio básico de AFM es similar al de STM. En AFM, se usa una punta de aguja en un voladizo elástico que es muy sensible a las fuerzas débiles para escanear la superficie de la muestra en forma de trama. Cuando la distancia entre la punta de la aguja y la superficie de la muestra es muy pequeña, hay una fuerza muy débil (10-12~{1}}N) entre los átomos en la punta de la aguja y los átomos en la superficie de la muestra. En este momento, el microvoladizo sufrirá una pequeña deformación elástica. La fuerza F entre la punta y la muestra y la deformación del voladizo siguen la ley de Hooke: F=-k*x, donde k es la constante de fuerza del voladizo. Por lo tanto, siempre que se mida la deformación del microvoladizo, se puede obtener la fuerza entre la punta y la muestra. La fuerza entre la punta de la aguja y la muestra tiene una fuerte dependencia de la distancia, por lo que el circuito de retroalimentación se usa para mantener constante la fuerza entre la punta de la aguja y la muestra durante el proceso de escaneo, es decir, se mantiene la deformación del voladizo. constante, y la punta de la aguja seguirá la muestra. Los altibajos de la superficie se mueven hacia arriba y hacia abajo, y la trayectoria del movimiento hacia arriba y hacia abajo de la punta de la aguja se puede registrar para obtener la información de la topografía de la superficie de la muestra. Este modo de trabajo se denomina "Modo de fuerza constante" y es el método de escaneo más utilizado.
Las imágenes AFM también se pueden obtener usando el "Modo de altura constante", es decir, durante el escaneo X, Y, sin usar un bucle de retroalimentación, manteniendo constante la distancia entre la punta de la aguja y la muestra, midiendo la dirección Z del microvoladizo. cantidad de deformación a la imagen. Este método no utiliza un circuito de retroalimentación y puede adoptar una mayor velocidad de exploración. Por lo general, se usa más cuando se observan átomos y moléculas, pero no es adecuado para muestras con fluctuaciones superficiales relativamente grandes.
