Skema yang menggambarkan sistem gambar mikroskop
Fungsi lensa okuler sama dengan kaca pembesar, namun bayangan kaca pembesar berada pada sisi yang sama dengan bendanya. Setelah lensa objektif di dalam mikroskop memperbesar objek, bayangan yang dihasilkan harus berada di dalam tabung mikroskop. Jika prinsip lensa okuler sama dengan kaca pembesar, bukankah bayangannya menghadap? Mata manusia memperbesar ke arah yang berlawanan (sisi benda yang sama), lalu bagaimana cara melihat gambar diperbesar? Prinsip pencitraan mikroskop ditunjukkan pada gambar. Panjang fokus lensa objektif pendek, dan panjang fokus lensa mata panjang. Benda membentuk bayangan nyata terbalik A"B melalui lensa objektif", bayangan terletak di dalam titik fokus lensa okuler (di dalam laras lensa), dan dapat juga dianggap sebagai benda lensa okuler, yang menjadi bayangan maya tegak setelah melewati lensa okuler; itu masih sama dengan kaca pembesar, dan gambar objek berada di sisi yang sama).
Bagaimana STM bekerja
STM bekerja dengan memanfaatkan efek terowongan kuantum. Jika ujung jarum logam digunakan sebagai satu elektroda, dan sampel padat yang akan diukur digunakan sebagai elektroda lainnya, ketika jarak antara keduanya sekecil sekitar 1nm, efek terowongan akan muncul, dan elektron akan melewati ruang tersebut. penghalang dari satu elektroda ke elektroda lainnya untuk membentuk arus. . Dan di mana Ub: tegangan bias; k: konstan, kira-kira sama dengan 1, Φ1/2: fungsi kerja rata-rata, S: jarak.
Dapat dilihat dari rumus di atas bahwa arus tunneling memiliki hubungan eksponensial negatif dengan jarak ujung-sampel S. Sangat sensitif terhadap perubahan jarak. Oleh karena itu, ketika ujung jarum memindai permukaan sampel yang akan diuji, bahkan jika permukaan tersebut hanya memiliki fluktuasi skala atom, itu akan menyebabkan perubahan arus terowongan yang sangat signifikan, bahkan mendekati urutan besarnya. Hal ini memungkinkan fluktuasi skala atom di permukaan tercermin dengan mengukur perubahan arus listrik, seperti yang ditunjukkan di sebelah kanan pada gambar di bawah. Ini adalah prinsip kerja dasar STM, dan mode operasi ini disebut mode ketinggian konstan (jaga agar ketinggian ujung tetap konstan).
STM juga memiliki mode kerja lain, yang disebut mode arus konstan, seperti yang ditunjukkan di sebelah kiri gambar di bawah ini. Saat ini, selama proses pemindaian ujung, arus terowongan dijaga konstan melalui loop umpan balik elektronik. Untuk mempertahankan arus konstan, ujung jarum bergerak naik turun dengan naik turunnya permukaan sampel, sehingga dapat merekam lintasan gerakan naik turun ujung jarum, dan kemudian topografi permukaan sampel dapat dibuat. diberikan.
Mode arus konstan adalah mode kerja STM yang umum digunakan, sedangkan mode ketinggian konstan hanya cocok untuk sampel pencitraan dengan sedikit fluktuasi permukaan. Ketika permukaan sampel sangat berfluktuasi, karena ujung jarum sangat dekat dengan permukaan sampel, pemindaian dalam mode ketinggian konstan dapat dengan mudah menyebabkan ujung jarum bertabrakan dengan permukaan sampel, mengakibatkan kerusakan pada ujung jarum dan permukaan sampel.
Cara kerja AFM
Prinsip dasar AFM mirip dengan STM. Dalam AFM, ujung jarum pada penopang elastis yang sangat sensitif terhadap gaya lemah digunakan untuk memindai permukaan sampel dengan cara raster. Ketika jarak antara ujung jarum dan permukaan sampel sangat dekat, terdapat gaya yang sangat lemah (10-12~10-6N) antara atom di ujung ujung jarum dan atom di permukaan sampel. Pada saat ini, kantilever mikro akan mengalami deformasi elastis kecil. Gaya F antara ujung dan sampel dan deformasi kantilever mengikuti hukum Hooke: F=-k*x, di mana k adalah konstanta gaya kantilever. Oleh karena itu, selama deformasi kantilever mikro diukur, gaya antara ujung dan sampel dapat diperoleh. Gaya antara ujung jarum dan sampel memiliki ketergantungan yang kuat pada jarak, sehingga loop umpan balik digunakan untuk menjaga gaya antara ujung jarum dan sampel konstan selama proses pemindaian, yaitu deformasi kantilever disimpan. konstan, dan ujung jarum akan mengikuti sampel. Naik turunnya permukaan bergerak naik turun, dan lintasan gerakan naik turun ujung jarum dapat direkam untuk mendapatkan informasi topografi permukaan sampel. Mode kerja ini disebut "Mode Kekuatan Konstan" dan merupakan metode pemindaian yang paling banyak digunakan.
Gambar AFM juga dapat diperoleh dengan menggunakan "Constant Height Mode", yaitu selama pemindaian X, Y, tanpa menggunakan loop umpan balik, menjaga jarak antara ujung jarum dan sampel konstan, dengan mengukur arah Z dari mikrokantilever. jumlah deformasi ke gambar. Metode ini tidak menggunakan loop umpan balik dan dapat mengadopsi kecepatan pemindaian yang lebih tinggi. Biasanya lebih banyak digunakan saat mengamati atom dan molekul, tetapi tidak cocok untuk sampel dengan fluktuasi permukaan yang relatif besar.
