Prinċipju STM u Prinċipju ta 'Ħidma AFM ta' Mikroskopji
Prinċipju ta 'ħidma ta' STM
STM jaħdem billi juża l-effett quantum tunneling. Jekk il-ponta tal-labra tal-metall tintuża bħala elettrodu wieħed u l-kampjun solidu mkejjel jintuża bħala elettrodu ieħor, se jseħħ effett ta 'mini meta d-distanza bejniethom tkun ta' madwar 1nm, u l-elettroni jgħaddu mill-barriera tal-potenzjal spazjali minn elettrodu għall-ieħor. elettrodu biex jiffurmaw kurrent. U Ub: vultaġġ bias; k: Kostanti, bejn wieħed u ieħor ugwali għal 1, Φ 1/2: Funzjoni tax-xogħol medja, S: Distanza.
Mill-ekwazzjoni ta 'hawn fuq, wieħed jista' jara li l-kurrent tal-mina għandu relazzjoni esponenzjali negattiva mal-ispazjar S bejn il-kampjuni tat-tarf tal-labra. Sensittivi ħafna għal bidliet fl-ispazjar. Għalhekk, meta l-ponta tal-labra twettaq skan planari fuq il-wiċċ tal-kampjun ittestjat, anki jekk il-wiċċ ikollu biss varjazzjonijiet fuq skala atomika, jikkawża bidliet sinifikanti ħafna, jew saħansitra qrib ordni ta 'kobor, fil-kurrent tal-mina. B'dan il-mod, il-varjazzjoni tal-iskala atomika fuq il-wiċċ tista 'tiġi riflessa billi tkejjel il-bidliet fil-kurrent, kif muri fuq in-naħa tal-lemin tal-figura li ġejja. Dan huwa l-prinċipju bażiku tax-xogħol ta 'STM, li jissejjaħ modalità ta' għoli kostanti (li żżomm l-għoli tal-ponta tal-labra kostanti).
STM għandu mod operattiv ieħor, imsejjaħ mod kurrenti kostanti, kif muri fuq in-naħa tax-xellug tal-figura. F'dan il-punt, matul il-proċess tal-iskannjar tal-labra, il-kurrent tal-mina jinżamm kostanti permezz ta 'ċirku ta' feedback elettroniku. Biex iżżomm kurrent kostanti, il-ponta tal-labra timxi 'l fuq u' l isfel bil-varjazzjoni tal-wiċċ tal-kampjun, u b'hekk tirreġistra li hemm mod ta 'ħidma ieħor ta' STM fuq il-ponta tal-labra, imsejjaħ mod ta 'kurrent kostanti, kif muri fuq in-naħa tax-xellug tal-figura hawn taħt. F'dan il-punt, matul il-proċess tal-iskannjar tal-labra, il-kurrent tal-mina jinżamm kostanti permezz ta 'ċirku ta' feedback elettroniku. Biex iżżomm kurrent kostanti, il-ponta tal-labra timxi 'l fuq u' l isfel bil-varjazzjoni tal-wiċċ tal-kampjun, u b'hekk tirreġistra t-trajettorja tal-moviment 'il fuq u 'l isfel tal-ponta tal-labra, u tipprovdi l-morfoloġija tal-wiċċ tal-kampjun.
Il-mod ta 'kurrent kostanti huwa mod ta' xogħol użat komunement għal STM, filwaqt li l-mod ta 'għoli kostanti huwa adattat biss għal kampjuni ta' immaġini b'varjazzjonijiet żgħar tal-wiċċ. Meta l-wiċċ tal-kampjun ivarja b'mod sinifikanti, minħabba li l-ponta tal-labra tkun qrib ħafna tal-wiċċ tal-kampjun, l-użu ta 'skanjar tal-mod ta' għoli kostanti jista 'faċilment jikkawża li t-tarf tal-labra jaħbat mal-wiċċ tal-kampjun, li jwassal għal ħsara bejn il-ponta tal-labra u l-kampjun wiċċ.
Il-prinċipju ta 'ħidma ta' AFM
Il-prinċipju bażiku ta 'AFM huwa simili għal STM, li fih ponta tal-labra fuq cantilever elastika li hija sensittiva ħafna għal forzi dgħajfa tintuża biex twettaq skanjar tal-ħakk fuq il-wiċċ tal-kampjun. Meta d-distanza bejn il-ponta tal-labra u l-wiċċ tal-kampjun tkun viċin ħafna, hemm forza dgħajfa ħafna (10-12-10-6N) bejn l-atomi fil-ponta tal-labra u l-atomi fuq il-wiċċ tal-labra. kampjun. F'dan iż-żmien, il-microcantilever se jgħaddi minn deformazzjoni elastika żgħira. Il-forza F bejn il-ponta tal-labra u l-kampjun u d-deformazzjoni tal-mikrokantilever isegwu l-liġi ta 'Hooke: F=- k * x, fejn k hija l-kostanti tal-forza tal-mikrokantilever. Allura, sakemm jitkejjel id-daqs tal-varjabbli tad-deformazzjoni tal-kantilever mikro, jista 'jinkiseb il-kobor tal-forza bejn il-ponta tal-labra u l-kampjun. Il-forza bejn il-ponta tal-labra u l-kampjun tiddependi ħafna fuq id-distanza, għalhekk tintuża ċirku ta 'feedback matul il-proċess tal-iskannjar biex tinżamm forza kostanti bejn il-ponta tal-labra u l-kampjun, li tinżamm bħala varjabbli tal-forma tal-cantilever. Il-ponta tal-labra se timxi 'l fuq u' l isfel bil-varjazzjoni tal-wiċċ tal-kampjun, u t-trajettorja tal-moviment tal-ponta tal-labra 'l fuq u' l isfel tista 'tiġi rreġistrata biex tinkiseb informazzjoni dwar il-morfoloġija tal-wiċċ tal-kampjun. Dan il-mod ta 'ħidma jissejjaħ il-'Modalità ta' Forza Kostanti' u huwa l-metodu ta 'skanjar l-aktar użat.
L-immaġini AFM jistgħu jinkisbu wkoll bl-użu tal-"Modalità Għoli Kostanti", li jfisser li matul il-proċess tal-iskannjar X, Y, ma tintuża l-ebda loop feedback biex tinżamm distanza kostanti bejn il-ponta tal-labra u l-kampjun, u l-immaġini tinkiseb billi titkejjel il- forma varjabbli fid-direzzjoni Z tal-microcantilever. Dan il-metodu ma jużax feedback loop u jista 'jadotta veloċità ta' skanjar ogħla. Normalment tintuża aktar ta 'spiss meta tosserva immaġini atomiċi u molekulari, iżda mhix adattata għal kampjuni b'varjazzjonijiet kbar fil-wiċċ.
