Mikroskoplarning STM printsipi va AFM ish printsipi
STM ning ishlash printsipi
STM kvant tunnel effektidan foydalangan holda ishlaydi. Agar metall igna uchi bitta elektrod sifatida ishlatilsa va o'lchangan qattiq namuna boshqa elektrod sifatida ishlatilsa, ular orasidagi masofa taxminan 1 nm bo'lganda tunnel effekti paydo bo'ladi va elektronlar fazoviy potentsial to'siqdan bir elektroddan ikkinchisiga o'tadi. tok hosil qilish uchun elektrod. Va Ub: kuchlanish kuchlanishi; k: Doimiy, taxminan 1 ga teng, PH 1/2: O'rtacha ish funktsiyasi, S: Masofa.
Yuqoridagi tenglamadan ko'rinib turibdiki, tunnel oqimi igna uchi namunalari orasidagi S oraliq bilan salbiy eksponensial munosabatga ega. Bo'shliqdagi o'zgarishlarga juda sezgir. Shuning uchun, igna uchi sinovdan o'tgan namuna yuzasida planar skanerlashni amalga oshirganda, sirt faqat atom shkalasi tebranishlariga ega bo'lsa ham, bu tunnel oqimida juda muhim yoki hatto kattalik tartibiga yaqin o'zgarishlarga olib keladi. Shu tarzda, atom masshtabining sirtdagi tebranishini quyidagi rasmning o'ng tomonida ko'rsatilganidek, oqimdagi o'zgarishlarni o'lchash orqali aks ettirish mumkin. Bu STM ning asosiy ish printsipi bo'lib, u doimiy balandlik rejimi deb ataladi (igna uchi balandligini doimiy ravishda ushlab turish).
STM rasmning chap tomonida ko'rsatilganidek, doimiy oqim rejimi deb ataladigan boshqa ish rejimiga ega. Ushbu nuqtada, igna skanerlash jarayonida tunnel oqimi elektron qayta aloqa zanjiri orqali doimiy ravishda saqlanadi. Doimiy oqimni ushlab turish uchun igna uchi namuna yuzasining tebranishi bilan yuqoriga va pastga siljiydi, shu bilan rasmning chap tomonida ko'rsatilganidek, igna uchida doimiy oqim rejimi deb ataladigan STM ning yana bir ish rejimi mavjudligini qayd etadi. quyida. Ushbu nuqtada, igna skanerlash jarayonida tunnel oqimi elektron qayta aloqa zanjiri orqali doimiy ravishda saqlanadi. Doimiy oqimni ushlab turish uchun igna uchi namuna sirtining tebranishi bilan yuqoriga va pastga siljiydi va shu bilan igna uchining yuqoriga va pastga harakatlanish traektoriyasini qayd etadi va namuna yuzasi morfologiyasini ta'minlaydi.
Doimiy oqim rejimi STM uchun tez-tez ishlatiladigan ish rejimi bo'lib, doimiy balandlik rejimi faqat kichik sirt tebranishlari bo'lgan namunalarni tasvirlash uchun mos keladi. Namuna yuzasi sezilarli darajada o'zgarganda, igna uchi namuna yuzasiga juda yaqin bo'lganligi sababli, doimiy balandlik rejimini skanerlash yordamida igna uchi namuna yuzasi bilan osongina to'qnashib, igna uchi va namuna o'rtasida shikastlanishga olib kelishi mumkin. sirt.
AFM ning ishlash printsipi
AFM ning asosiy printsipi STMga o'xshaydi, unda zaif kuchlarga juda sezgir bo'lgan elastik konsoldagi igna uchi namuna yuzasida panjara skanerlashni amalga oshirish uchun ishlatiladi. Igna uchi bilan namuna yuzasi orasidagi masofa juda yaqin bo‘lsa, igna uchidagi atomlar bilan igna yuzasidagi atomlar o‘rtasida juda zaif kuch (10-12-10-6N) bo‘ladi. namuna. Bu vaqtda mikrokantilever kichik elastik deformatsiyaga uchraydi. Igna uchi va namuna orasidagi F kuchi va mikrokantileverning deformatsiyasi Guk qonuniga amal qiladi: F=- k * x, bu yerda k mikrokontileverning kuch konstantasi. Shunday qilib, mikro konsol deformatsiya o'zgaruvchisining o'lchami o'lchangan ekan, igna uchi va namuna o'rtasidagi kuchning kattaligini olish mumkin. Igna uchi va namuna o'rtasidagi kuch masofaga kuchli bog'liq, shuning uchun skanerlash jarayonida igna uchi va namuna o'rtasida doimiy quvvatni ushlab turish uchun teskari aloqa halqasi ishlatiladi, bu konsol shakli o'zgaruvchisi sifatida saqlanadi. Igna uchi namuna yuzasining tebranishi bilan yuqoriga va pastga siljiydi va namunaning sirt morfologiyasi haqida ma'lumot olish uchun igna uchining harakatlanish traektoriyasini yuqoriga va pastga yozib olish mumkin. Ushbu ish rejimi "Doimiy kuch rejimi" deb ataladi va eng keng tarqalgan skanerlash usuli hisoblanadi.
AFM tasvirlarini "Doimiy balandlik rejimi" yordamida ham olish mumkin, ya'ni X, Y skanerlash jarayonida igna uchi va namuna o'rtasida doimiy masofani saqlash uchun hech qanday aloqa halqasi ishlatilmaydi va tasvirni o'lchash orqali erishiladi. mikrokantileverning Z yo'nalishidagi shakl o'zgaruvchisi. Bu usul qayta aloqa zanjiridan foydalanmaydi va yuqoriroq skanerlash tezligini qabul qilishi mumkin. Odatda atom va molekulyar tasvirlarni kuzatishda tez-tez ishlatiladi, lekin katta sirt tebranishlari bo'lgan namunalar uchun mos emas.
