СТМ принцип и АФМ принцип рада микроскопа
Принцип рада СТМ-а
СТМ ради користећи ефекат квантног тунелирања. Ако се метални врх игле користи као једна електрода, а измерени чврсти узорак се користи као друга електрода, доћи ће до ефекта тунелирања када је растојање између њих око 1нм, а електрони ће проћи кроз просторну потенцијалну баријеру од једне електроде до друге. електрода за формирање струје. И Уб: преднапон; к: Константа, приближно једнака 1, Φ 1/2: Просечна радна функција, С: Растојање.
Из горње једначине се може видети да тунелска струја има негативан експоненцијални однос са размаком С између узорака врха игле. Веома осетљив на промене у размаку. Стога, када врх игле изврши планарно скенирање на површини тестираног узорка, чак и ако површина има само флуктуације атомске скале, то ће изазвати веома значајне, или чак близу реда величине, промене у тунелској струји. На овај начин, флуктуација атомске скале на површини може се одразити мерењем промена струје, као што је приказано на десној страни следеће слике. Ово је основни принцип рада СТМ-а, који се назива режим константне висине (одржавање константне висине врха игле).
СТМ има још један режим рада, који се зове режим константне струје, као што је приказано на левој страни слике. У овом тренутку, током процеса скенирања игле, тунелска струја се одржава константном кроз електронску повратну петљу. Да би се одржала константна струја, врх игле се помера горе-доле са флуктуацијом површине узорка, чиме се бележи да постоји још један радни режим СТМ на врху игле, који се назива режим константне струје, као што је приказано на левој страни слике испод. У овом тренутку, током процеса скенирања игле, тунелска струја се одржава константном кроз електронску повратну петљу. Да би се одржала константна струја, врх игле се помера горе-доле са флуктуацијом површине узорка, чиме се бележи путања кретања врха игле горе-доле и обезбеђује морфологија површине узорка.
Режим константне струје је уобичајени радни режим за СТМ, док је режим константне висине погодан само за снимање узорака са малим површинским флуктуацијама. Када површина узорка значајно флуктуира, због тога што је врх игле веома близу површине узорка, коришћење скенирања у режиму константне висине може лако довести до судара врха игле са површином узорка, што доводи до оштећења између врха игле и узорка површине.
Принцип рада АФМ
Основни принцип АФМ-а је сличан СТМ-у, у коме се врх игле на еластичној конзоли која је веома осетљива на слабе силе користи за обављање скенирања решетке на површини узорка. Када је растојање између врха игле и површине узорка веома близу, постоји веома слаба сила (10-12-10-6Н) између атома на врху игле и атома на површини узорак. У овом тренутку, микрокантилевер ће бити подвргнут малим еластичним деформацијама. Сила Ф између врха игле и узорка и деформација микрокантилевера прате Хуков закон: Ф=- к * к, где је к константа силе микрокантилеве. Дакле, све док се мери величина варијабле деформације микро конзоле, може се добити величина силе између врха игле и узорка. Сила између врха игле и узорка у великој мери зависи од удаљености, тако да се петља повратне спреге користи током процеса скенирања да би се одржала константна сила између врха игле и узорка, која се одржава као променљива облика конзоле. Врх игле ће се кретати горе-доле са флуктуацијом површине узорка, а трајекторија кретања врха игле горе-доле може се снимити да би се добиле информације о морфологији површине узорка. Овај режим рада се назива 'Режим константне силе' и најчешће је коришћен метод скенирања.
АФМ слике се такође могу добити коришћењем „Режима константне висине“, што значи да се током Кс, И процеса скенирања не користи повратна петља за одржавање константног растојања између врха игле и узорка, а снимање се постиже мерењем облик променљив у правцу З микроконзоле. Овај метод не користи повратну петљу и може усвојити већу брзину скенирања. Обично се користи чешће када се посматрају атомске и молекуларне слике, али није погодан за узорке са великим површинским флуктуацијама.
