Billeddannende principdiagram af et mikroskop
Mikroskopisk billeddannende principdiagram
Jeg ved, at et okulars funktion svarer til et forstørrelsesglas, men forstørrelsesglasset skaber et billede på samme side af objektet, og objektivlinsen i mikroskopet forstørrer objektet, hvilket resulterer i et billede, der burde være inde i mikroskopet rør. Hvis princippet for et okular er det samme som for et forstørrelsesglas, bør dets billede ikke forstørres i den modsatte retning af det menneskelige øje (på samme side af objektet). Så hvordan ser vi billedet af sekundær forstørrelse? Billedprincippet for et mikroskop er vist på figuren. Objektivet har en kortere brændvidde, mens okularet har en længere brændvidde. Objektet passerer gennem objektivlinsen for at danne et omvendt reelt billede A "B", som er placeret inden for okularets brændpunkt (inde i linserøret). Det kan også betragtes som et objekt af okularet, og efter at have passeret gennem okularet, bliver det et opretstående virtuelt billede. Det er stadig det samme som et forstørrelsesglas, med objektbilledet på samme side.
Arbejdsprincip for STM
STM virker ved at udnytte kvantetunneleffekten. Hvis metalnålespidsen bruges som én elektrode, og den målte faste prøve bruges som en anden elektrode, vil der opstå en tunneleffekt, når afstanden mellem dem er ca. 1 nm, og elektroner vil passere gennem den rumlige potentialbarriere fra den ene elektrode til den anden elektrode for at danne en strøm. Og Ub: bias spænding; k: Konstant, omtrent lig med 1, Φ 1/2: Gennemsnitlig arbejdsfunktion, S: Afstand.
Fra ovenstående ligning kan det ses, at tunnelstrømmen har et negativt eksponentielt forhold til afstanden S mellem nålespidsprøverne. Meget følsom over for ændringer i afstanden. Derfor, når nålespidsen udfører en plan scanning på overfladen af den testede prøve, selvom overfladen kun har atomare skalaudsving, vil det forårsage meget betydelige, eller endda tæt på en størrelsesorden, ændringer i tunnelstrømmen. På denne måde kan fluktuationen af atomskalaen på overfladen afspejles ved at måle ændringerne i strøm, som vist på højre side af den følgende figur. Dette er det grundlæggende arbejdsprincip for STM, som kaldes konstanthøjdetilstand (holde nålespidshøjden konstant).
STM har en anden driftstilstand, kaldet konstantstrømstilstand, som vist i venstre side af figuren. På dette tidspunkt, under nålescanningsprocessen, holdes tunnelstrømmen konstant gennem en elektronisk feedbacksløjfe. For at opretholde en konstant strøm bevæger nålespidsen sig op og ned i takt med prøveoverfladens fluktuation, og registrerer derved banen for nålespidsens op- og nedadgående bevægelse og giver morfologien af prøveoverfladen.
Den konstante strømtilstand er en almindeligt anvendt arbejdstilstand for STM, mens den konstante højdetilstand kun er egnet til billeddannelse af prøver med små overfladeudsving. Når overfladen af prøven svinger betydeligt, på grund af at nålespidsen er meget tæt på prøveoverfladen, kan brug af konstanthøjde-scanning nemt få nålespidsen til at kollidere med prøveoverfladen, hvilket fører til beskadigelse mellem nålespidsen og prøven overflade.
