顯微鏡成像原理圖

顯微鏡成像原理圖

我知道目鏡的作用相當(dāng)于放大鏡,但放大鏡成的像是物相同側(cè)而顯微鏡當(dāng)中的物鏡將物體放大后,所成的像應(yīng)在顯微鏡管內(nèi).如果目鏡的原理和放大鏡一樣,那它的像豈不是朝人眼反方向放大(物相同側(cè))那么認(rèn)識(shí)如何看到二次放大的像呢?顯微鏡的成像原理如圖所示，物鏡焦距較短，目鏡焦距較長，物體經(jīng)物鏡成一倒立實(shí)像A"B"，該像位于目鏡焦點(diǎn)以內(nèi)（鏡筒內(nèi)），它又可看作目鏡的物，經(jīng)目鏡后成正立虛像;.其還是與放大鏡一樣，物像同側(cè)）。

這個(gè)是兩次折射的結(jié)果，并不是單純一個(gè)目鏡的作用。

STM的工作原理

????STM是利用量子隧道效應(yīng)工作的。若以金屬針尖為一電極，被測固體樣品為另一電極，當(dāng)他們之間的距離小到1nm左右時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)隧道效應(yīng)，電子從一個(gè)電極穿過空間勢壘到達(dá)另一電極形成電流。且其中Ub：偏置電壓；k：常數(shù)，約等于1，Φ1/2：平均功函數(shù)，S：距離。

????從上式可知，隧道電流與針尖樣品間距S成負(fù)指數(shù)關(guān)系。對于間距的變化非常敏感。因此，當(dāng)針尖在被測樣品表面做平面掃描時(shí)，即使表面僅有原子尺度的起伏，也會(huì)導(dǎo)致隧道電流的非常顯著的、甚至接近數(shù)量級的變化。這樣就可以通過測量電流的變化來反應(yīng)表面上原子尺度的起伏，如下圖右邊所示。這就是STM的基本工作原理，這種運(yùn)行模式稱為恒高模式（保持針尖高度恒定）。

????STM還有另外一種工作模式，稱為恒流模式，如下圖左邊。此時(shí)，針尖掃描過程中，通過電子反饋回路保持隧道電流不變。為維持恒定的電流，針尖隨樣品表面的起伏上下移動(dòng)，從而記錄下針尖上下運(yùn)動(dòng)的軌跡，即可給出樣品表面的形貌。

????恒流模式是STM常用的工作模式，而恒高模式僅適于對表面起伏不大的樣品進(jìn)行成像。當(dāng)樣品表面起伏較大時(shí)，由于針尖離樣品表面非常近，采用恒高模式掃描容易造成針尖與樣品表面相撞，導(dǎo)致針尖與樣品表面的破壞。

STM原理圖

????AFM的工作原理

　　AFM的基本原理與STM類似，在AFM中，使用對微弱力非常敏感的彈性懸臂上的針尖對樣品表面作光柵式掃描。當(dāng)針尖和樣品表面的距離非常接近時(shí)，針尖尖端的原子與樣品表面的原子之間存在極微弱的作用力（10-12~10-6N），此時(shí)，微懸臂就會(huì)發(fā)生微小的彈性形變。針尖與樣品之間的力F與微懸臂的形變?之間遵循虎克定律：F=-k*x?，其中，k為微懸臂的力常數(shù)。所以，只要測出微懸臂形變量的大小，就可以獲得針尖與樣品之間作用力的大小。針尖與樣品之間的作用力與距離有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系，所以在掃描過程中利用反饋回路保持針尖與樣品之間的作用力恒定，即保持為懸臂的形變量不變，針尖就會(huì)隨樣品表面的起伏上下移動(dòng)，記錄針尖上下運(yùn)動(dòng)的軌跡即可得到樣品表面形貌的信息。這種工作模式被稱為“恒力”模式（Constant?Force?Mode），是使用最廣泛的掃描方式。
　　AFM的圖像也可以使用“恒高”模式（Constant?Height?Mode）來獲得，也就是在X，Y掃描過程中，不使用反饋回路，保持針尖與樣品之間的距離恒定，通過測量微懸臂Z方向的形變量來成像。這種方式不使用反饋回路，可以采用更高的掃描速度，通常在觀察原子、分子像時(shí)用得比較多，而對于表面起伏比較大的樣品不適用。

原子力顯微鏡工作原理圖

　　AFM有多種操作模式，常用的有以下4種：接觸模式（Contact?Mode）、非接觸（Non-Contact?Mode）、輕敲模式(Tapping?Mode)、側(cè)向力(Lateral?Force?Mode)模式。根據(jù)樣品表面不同的結(jié)構(gòu)特征和材料的特性以及不同的研究需要，選擇合適的操作模式。