Un schéma illustrant le système d'image du microscope
La fonction de l'oculaire est équivalente à celle d'une loupe, mais l'image de la loupe est du même côté que l'objet. Une fois que l'objectif du microscope a agrandi l'objet, l'image résultante doit se trouver dans le tube du microscope. Si le principe de l'oculaire est le même que celui de la loupe, son image n'est-elle pas tournée vers l'œil humain zoome dans la direction opposée (du même côté de l'objet), alors comment savez-vous voir le double- image agrandie ? Le principe d'imagerie du microscope est illustré sur la figure. La distance focale de l'objectif est courte et la distance focale de l'oculaire est longue. L'objet forme une image réelle inversée A"B à travers l'objectif", l'image est située dans le point focal de l'oculaire (à l'intérieur du barillet de l'objectif), et il peut également être considéré comme l'objet de l'oculaire, qui devient un image virtuelle droite après passage dans l'oculaire ; c'est toujours la même chose que la loupe, et l'image de l'objet est du même côté).
Comment fonctionnent les STM
STM fonctionne en utilisant l'effet tunnel quantique. Si la pointe de l'aiguille en métal est utilisée comme une électrode et que l'échantillon solide à mesurer est utilisé comme l'autre électrode, lorsque la distance entre eux est aussi petite qu'environ 1 nm, un effet tunnel apparaîtra et les électrons traverseront l'espace barrière d'une électrode à l'autre électrode pour former un courant. . Et où Ub : tension de polarisation ; k : constante, environ égale à 1, Φ1/2 : travail de travail moyen, S : distance.
On peut voir à partir de la formule ci-dessus que le courant tunnel a une relation exponentielle négative avec la distance pointe-échantillon S. Très sensible aux changements d'espacement. Ainsi, lorsque la pointe de l'aiguille balaye la surface de l'échantillon à tester, même si la surface ne présente que des fluctuations à l'échelle atomique, cela provoquera des variations très importantes du courant tunnel, même proches de l'ordre de grandeur. Cela permet aux fluctuations à l'échelle atomique de la surface d'être reflétées en mesurant les changements de courant électrique, comme indiqué à droite dans l'image ci-dessous. C'est le principe de fonctionnement de base du STM, et ce mode de fonctionnement est appelé mode à hauteur constante (maintenir la hauteur de la pointe constante).
STM a également un autre mode de fonctionnement, appelé mode courant constant, comme indiqué sur le côté gauche de la figure ci-dessous. A ce moment, pendant le processus de balayage de la pointe, le courant tunnel est maintenu constant à travers la boucle de rétroaction électronique. Afin de maintenir un courant constant, la pointe de l'aiguille monte et descend avec les hauts et les bas de la surface de l'échantillon, de manière à enregistrer la trajectoire du mouvement de haut en bas de la pointe de l'aiguille, puis la topographie de la surface de l'échantillon peut être donné.
Le mode de courant constant est un mode de travail couramment utilisé de STM, tandis que le mode de hauteur constante ne convient que pour l'imagerie d'échantillons avec peu de fluctuation de surface. Lorsque la surface de l'échantillon fluctue considérablement, étant donné que la pointe de l'aiguille est très proche de la surface de l'échantillon, le balayage en mode hauteur constante peut facilement provoquer une collision de la pointe de l'aiguille avec la surface de l'échantillon, entraînant des dommages à la pointe de l'aiguille et à la surface de l'échantillon.
Comment fonctionnent les AFM
Le principe de base de l'AFM est similaire à celui du STM. Dans l'AFM, une pointe d'aiguille sur un porte-à-faux élastique très sensible aux forces faibles est utilisée pour balayer la surface de l'échantillon de manière raster. Lorsque la distance entre la pointe de l'aiguille et la surface de l'échantillon est très proche, il y a une force très faible (10-12~10-6N) entre les atomes à la pointe de la pointe de l'aiguille et les atomes sur le surface de l'échantillon. A ce moment, le micro-cantilever va subir une petite déformation élastique. La force F entre la pointe et l'échantillon et la déformation du porte-à-faux suivent la loi de Hooke : F=-k*x, où k est la constante de force du porte-à-faux. Par conséquent, tant que la déformation du micro-porte-à-faux est mesurée, la force entre la pointe et l'échantillon peut être obtenue. La force entre la pointe de l'aiguille et l'échantillon dépend fortement de la distance, de sorte que la boucle de rétroaction est utilisée pour maintenir la force entre la pointe de l'aiguille et l'échantillon constante pendant le processus de numérisation, c'est-à-dire que la déformation du porte-à-faux est maintenue constante et la pointe de l'aiguille suivra l'échantillon. Les hauts et les bas de la surface se déplacent de haut en bas, et la trajectoire du mouvement de haut en bas de la pointe de l'aiguille peut être enregistrée pour obtenir les informations de la topographie de surface de l'échantillon. Ce mode de travail s'appelle "Constant Force Mode" et est la méthode de numérisation la plus largement utilisée.
Les images AFM peuvent également être obtenues en utilisant le "mode hauteur constante", c'est-à-dire pendant le balayage X, Y, sans utiliser de boucle de rétroaction, en maintenant la distance entre la pointe de l'aiguille et l'échantillon constante, en mesurant la direction Z du microcantilever. quantité de déformation à l'image. Cette méthode n'utilise pas de boucle de rétroaction et peut adopter une vitesse de balayage plus élevée. Il est généralement plus utilisé lors de l'observation d'atomes et de molécules, mais il ne convient pas aux échantillons présentant des fluctuations de surface relativement importantes.
