显微镜成像原理图

2014-05-24 14:17:51来源: 互联网

显微镜成像原理

我知道目镜的作用相当于放大镜,但放大镜成的像是物相同侧而显微镜当中的物镜将物体放大后,所成的像应在显微镜管内.如果目镜的原理和放大镜一样,那它的像岂不是朝人眼反方向放大(物相同侧)那么认识如何看到二次放大的像呢?显微镜的成像原理如图所示,物镜焦距较短,目镜焦距较长,物体经物镜成一倒立实像A"B",该像位于目镜焦点以内(镜筒内),它又可看作目镜的物,经目镜后成正立虚像;.其还是与放大镜一样,物像同侧)。

这个是两次折射的结果,并不是单纯一个目镜的作用。

STM的工作原理

    STM是利用量子隧道效应工作的。若以金属针尖为一电极,被测固体样品为另一电极,当他们之间的距离小到1nm左右时,就会出现隧道效应,电子从一个电极穿过空间势垒到达另一电极形成电流。且其中Ub:偏置电压;k:常数,约等于1,Φ1/2:平均功函数,S:距离。

    从上式可知,隧道电流与针尖样品间距S成负指数关系。对于间距的变化非常敏感。因此,当针尖在被测样品表面做平面扫描时,即使表面仅有原子尺度的起伏,也会导致隧道电流的非常显著的、甚至接近数量级的变化。这样就可以通过测量电流的变化来反应表面上原子尺度的起伏,如下图右边所示。这就是STM的基本工作原理,这种运行模式称为恒高模式(保持针尖高度恒定)。

    STM还有另外一种工作模式,称为恒流模式,如下图左边。此时,针尖扫描过程中,通过电子反馈回路保持隧道电流不变。为维持恒定的电流,针尖随样品表面的起伏上下移动,从而记录下针尖上下运动的轨迹,即可给出样品表面的形貌。

    恒流模式是STM常用的工作模式,而恒高模式仅适于对表面起伏不大的样品进行成像。当样品表面起伏较大时,由于针尖离样品表面非常近,采用恒高模式扫描容易造成针尖与样品表面相撞,导致针尖与样品表面的破坏。

STM原理图

STM原理图

    AFM的工作原理 

  AFM的基本原理与STM类似,在AFM中,使用对微弱力非常敏感的弹性悬臂上的针尖对样品表面作光式扫描。当针尖和样品表面的距离非常接近时,针尖尖端的原子与样品表面的原子之间存在极微弱的作用力(10-12~10-6N),此时,微悬臂就会发生微小的弹性形变。针尖与样品之间的力F与微悬臂的形变 之间遵循虎克定律:F=-k*x ,其中,k为微悬臂的力常数。所以,只要测出微悬臂形变量的大小,就可以获得针尖与样品之间作用力的大小。针尖与样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系,所以在扫描过程中利用反馈回路保持针尖与样品之间的作用力恒定,即保持为悬臂的形变量不变,针尖就会随样品表面的起伏上下移动,记录针尖上下运动的轨迹即可得到样品表面形貌的信息。这种工作模式被称为“恒力”模式(Constant Force Mode),是使用最广泛的扫描方式。 
  AFM的图像也可以使用“恒高”模式(Constant Height Mode)来获得,也就是在X,Y扫描过程中,不使用反馈回路,保持针尖与样品之间的距离恒定,通过测量微悬臂Z方向的形变量来成像。这种方式不使用反馈回路,可以采用更高的扫描速度,通常在观察原子、分子像时用得比较多,而对于表面起伏比较大的样品不适用。 

原子力显微镜工作原理图

原子力显微镜工作原理图

  AFM有多种操作模式,常用的有以下4种:接触模式(Contact Mode)、非接触(Non-Contact Mode)、轻敲模式(Tapping Mode)、侧向力(Lateral Force Mode)模式。根据样品表面不同的结构特征和材料的特性以及不同的研究需要,选择合适的操作模式。

关键字:显微镜  成像原理

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2014/0524/article_26091.html
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