현미경의 이미지 시스템을 보여주는 개략도
접안렌즈의 기능은 확대경과 같지만 확대경의 상은 물체와 같은 쪽에 있습니다. 현미경의 대물 렌즈가 물체를 확대한 후 결과 이미지는 현미경 튜브에 있어야 합니다. 접안렌즈의 원리가 돋보기의 원리와 같다면 사람의 눈은 그 반대 방향(물체의 같은 면)으로 줌을 하는데 그 상이 마주보는 것이 아닌가. 확대된 이미지? 현미경의 이미징 원리는 그림에 나와 있습니다. 대물렌즈의 초점거리는 짧고 접안렌즈의 초점거리는 길다. 물체는 대물렌즈를 통해 반전된 실상 A"B"를 형성하고, 그 상은 접안렌즈의 초점 내부(렌즈 경통 내부)에 위치하며 접안렌즈의 물체라고도 볼 수 있으며, 접안렌즈를 통과한 후 직립 허상; 여전히 돋보기와 동일하며 물체 이미지는 같은쪽에 있습니다).
STM 작동 방식
STM은 양자 터널링 효과를 활용하여 작동합니다. 금속 바늘 끝을 한쪽 전극으로 사용하고 측정할 고체 샘플을 다른 전극으로 사용하면 두 전극 사이의 거리가 약 1nm 정도로 작을 때 터널 효과가 나타나 전자가 공간을 통과하게 됩니다. 전류를 형성하기 위해 한 전극에서 다른 전극으로의 장벽. . 여기서 Ub: 바이어스 전압; k: 상수, 대략 1과 같음, Φ1/2: 평균 일 함수, S: 거리.
위의 공식에서 터널링 전류가 팁-시료 거리 S와 음의 지수 관계를 갖는다는 것을 알 수 있습니다. 간격의 변화에 매우 민감합니다. 따라서 바늘 끝이 테스트할 샘플의 표면을 스캔할 때 표면에 원자 규모의 요동만 있어도 터널 전류가 거의 10배에 가까운 매우 큰 변화를 일으킬 것입니다. 이를 통해 아래 이미지의 오른쪽에 표시된 것처럼 전류의 변화를 측정하여 표면의 원자 규모 변동을 반영할 수 있습니다. 이것이 STM의 기본 작동 원리이며 이 작동 모드를 고정 높이 모드(팁 높이를 일정하게 유지)라고 합니다.
STM에는 아래 그림의 왼쪽과 같이 정전류 모드라는 또 다른 작동 모드가 있습니다. 이때 팁 스캐닝 과정에서 터널 전류는 전자 피드백 루프를 통해 일정하게 유지됩니다. 일정한 전류를 유지하기 위해 시료 표면의 기복에 따라 바늘 끝이 위아래로 움직여 바늘 끝의 상하 이동 궤적을 기록하고 시료 표면의 지형을 파악할 수 있습니다. 주어진.
정전류 모드는 STM에서 일반적으로 사용되는 작업 모드인 반면, 정높이 모드는 표면 변동이 거의 없는 샘플 이미징에만 적합합니다. 시료 표면이 크게 변동하는 경우 바늘 끝이 시료 표면에 매우 가깝기 때문에 일정 높이 모드로 스캔하면 바늘 끝이 시료 표면과 쉽게 충돌하여 바늘 끝과 시료 표면이 손상될 수 있습니다.
AFM 작동 방식
AFM의 기본 원리는 STM과 유사합니다. AFM에서는 약한 힘에 매우 민감한 탄성 캔틸레버의 바늘 끝을 사용하여 래스터 방식으로 샘플 표면을 스캔합니다. 바늘 끝과 시료 표면 사이의 거리가 매우 가까우면 바늘 끝의 원자와 샘플 표면의 원자 사이에 매우 약한 힘(10-12~10-6N)이 있습니다. 샘플 표면. 이때 마이크로 캔틸레버는 약간의 탄성 변형을 겪게 됩니다. 팁과 샘플 사이의 힘 F와 캔틸레버의 변형은 Hooke의 법칙: F=-k*x를 따릅니다. 여기서 k는 캔틸레버의 힘 상수입니다. 따라서 마이크로 캔틸레버의 변형이 측정되는 한 팁과 시료 사이의 힘을 얻을 수 있습니다. 바늘 끝과 시료 사이의 힘은 거리에 크게 의존하므로 스캐닝 과정에서 바늘 끝과 시료 사이의 힘을 일정하게 유지하기 위해 피드백 루프가 사용됩니다. 즉, 캔틸레버의 변형이 유지됩니다. 일정하고 바늘 끝이 샘플을 따라갑니다. 표면의 기복은 위아래로 움직이고 바늘 끝의 위아래 움직임의 궤적을 기록하여 샘플의 표면 지형 정보를 얻을 수 있습니다. 이 작업 모드를 "일정한 힘 모드"라고 하며 가장 널리 사용되는 스캐닝 방법입니다.
AFM 이미지는 마이크로 캔틸레버의 Z 방향을 측정함으로써 바늘 끝과 시료 사이의 거리를 일정하게 유지하면서 피드백 루프를 사용하지 않고 X, Y 스캐닝 중에 "일정 높이 모드"를 사용하여 얻을 수도 있습니다. 이미지에 대한 변형량. 이 방법은 피드백 루프를 사용하지 않으며 더 높은 스캔 속도를 채택할 수 있습니다. 일반적으로 원자와 분자를 관찰할 때 더 많이 사용되지만 상대적으로 표면 요동이 큰 시료에는 적합하지 않습니다.
