Um esquema ilustrando o sistema de imagem do microscópio
A função da ocular é equivalente à de uma lupa, mas a imagem da lupa está do mesmo lado do objeto. Depois que a lente objetiva no microscópio amplia o objeto, a imagem resultante deve estar no tubo do microscópio. Se o princípio da ocular é o mesmo da lupa, sua imagem não está voltada para o lado oposto? imagem ampliada? O princípio de imagem do microscópio é mostrado na figura. A distância focal da lente objetiva é curta e a distância focal da ocular é longa. O objeto forma uma imagem real invertida A"B através da lente objetiva", a imagem está localizada dentro do ponto focal da ocular (dentro do barril da lente), e também pode ser considerada como o objeto da ocular, que se torna um imagem virtual vertical após passar pela ocular; ainda é o mesmo que a lupa e a imagem do objeto está do mesmo lado).
Como funcionam os STMs
O STM funciona utilizando o efeito de tunelamento quântico. Se a ponta da agulha de metal for usada como um eletrodo e a amostra sólida a ser medida for usada como o outro eletrodo, quando a distância entre eles for tão pequena quanto cerca de 1 nm, aparecerá um efeito de túnel e os elétrons passarão pelo espaço barreira de um eletrodo para o outro eletrodo para formar uma corrente. . E onde Ub: tensão de polarização; k: constante, aproximadamente igual a 1, Φ1/2: função trabalho médio, S: distância.
Pode ser visto na fórmula acima que a corrente de tunelamento tem uma relação exponencial negativa com a distância ponta-amostra S. Muito sensível a mudanças no espaçamento. Portanto, quando a ponta da agulha varrer a superfície da amostra a ser testada, mesmo que a superfície tenha apenas flutuações em escala atômica, ela causará mudanças muito significativas na corrente do túnel, até próximas da ordem de grandeza. Isso permite que as flutuações em escala atômica na superfície sejam refletidas medindo as mudanças na corrente elétrica, conforme mostrado à direita na imagem abaixo. Este é o princípio básico de funcionamento do STM, e este modo de operação é chamado de modo de altura constante (mantenha a altura da ponta constante).
O STM também possui outro modo de trabalho, chamado modo de corrente constante, conforme mostrado no lado esquerdo da figura abaixo. Neste momento, durante o processo de varredura da ponta, a corrente do túnel é mantida constante através do loop de feedback eletrônico. A fim de manter uma corrente constante, a ponta da agulha se move para cima e para baixo com os altos e baixos da superfície da amostra, de modo a registrar a trajetória do movimento para cima e para baixo da ponta da agulha e, em seguida, a topografia da superfície da amostra pode ser dado.
O modo de corrente constante é um modo de trabalho comumente usado do STM, enquanto o modo de altura constante é adequado apenas para amostras de imagens com pouca flutuação de superfície. Quando a superfície da amostra flutua muito, já que a ponta da agulha está muito próxima da superfície da amostra, a varredura no modo de altura constante pode facilmente fazer com que a ponta da agulha colida com a superfície da amostra, resultando em danos à ponta da agulha e à superfície da amostra.
Como funcionam os AFMs
O princípio básico do AFM é semelhante ao do STM. No AFM, uma ponta de agulha em um cantilever elástico que é muito sensível a forças fracas é usada para escanear a superfície da amostra de maneira rasterizada. Quando a distância entre a ponta da agulha e a superfície da amostra é muito próxima, há uma força muito fraca (10-12~10-6N) entre os átomos na ponta da ponta da agulha e os átomos na superfície da amostra. Neste momento, o microcantilever sofrerá uma pequena deformação elástica. A força F entre a ponta e a amostra e a deformação do cantilever seguem a lei de Hooke: F=-k*x, onde k é a constante de força do cantilever. Portanto, desde que a deformação do microcantilever seja medida, a força entre a ponta e a amostra pode ser obtida. A força entre a ponta da agulha e a amostra tem forte dependência da distância, então o feedback loop é usado para manter a força entre a ponta da agulha e a amostra constante durante o processo de escaneamento, ou seja, a deformação do cantilever é mantida constante, e a ponta da agulha seguirá a amostra. Os altos e baixos da superfície se movem para cima e para baixo, e a trajetória do movimento para cima e para baixo da ponta da agulha pode ser registrada para obter as informações da topografia da superfície da amostra. Este modo de trabalho é chamado de "Modo de Força Constante" e é o método de escaneamento mais utilizado.
As imagens AFM também podem ser obtidas usando o "Constant Height Mode", ou seja, durante a varredura X, Y, sem usar um feedback loop, mantendo a distância entre a ponta da agulha e a amostra constante, medindo a direção Z do microcantilever. quantidade de deformação na imagem. Este método não usa um loop de feedback e pode adotar uma velocidade de varredura mais alta. Geralmente é mais usado ao observar átomos e moléculas, mas não é adequado para amostras com flutuações de superfície relativamente grandes.
