STM meginreglan og AFM vinnureglan um smásjár
Vinnureglur STM
STM virkar með því að nýta skammtafræðigöng áhrif. Ef málmnálaroddurinn er notaður sem eitt rafskaut og mælda fasta sýnishornið er notað sem annað rafskaut, munu jarðgangaáhrif eiga sér stað þegar fjarlægðin á milli þeirra er um það bil 1nm, og rafeindir munu fara í gegnum staðbundna möguleika hindrunina frá einu rafskauti til annars. rafskaut til að mynda straum. Og Ub: hlutdrægni; k: Stöðugt, um það bil jafnt og 1, Φ 1/2: Meðalvinnufall, S: Fjarlægð.
Af ofangreindri jöfnu má sjá að jarðgangastraumurinn hefur neikvætt veldissamband við bilið S á milli nálaroddssýnanna. Mjög viðkvæm fyrir breytingum á bili. Þess vegna, þegar nálaroddurinn framkvæmir planar skönnun á yfirborði prófaðs sýnis, jafnvel þótt yfirborðið hafi aðeins lotumælikvarða, mun það valda mjög verulegum, eða jafnvel nálægt stærðargráðu, breytingum á gangnastraumnum. Þannig er hægt að endurspegla sveiflu frumeindakvarða á yfirborði með því að mæla breytingar á straumi, eins og sýnt er hægra megin á eftirfarandi mynd. Þetta er grundvallarregla STM, sem kallast stöðug hæðarstilling (halda stöðugri hæð nálaroddsins).
STM er með annan rekstrarham, sem kallast stöðugur straumur, eins og sýnt er vinstra megin á myndinni. Á þessum tímapunkti, meðan á nálarskönnuninni stendur, er göngstraumnum haldið stöðugum í gegnum rafræna endurgjöf. Til að viðhalda stöðugum straumi færist nálaroddurinn upp og niður með sveiflum sýnisyfirborðsins og skráir þannig að það er annar vinnuhamur STM á nálaroddinum, sem kallast stöðugur straumur, eins og sýnt er vinstra megin á myndinni. hér að neðan. Á þessum tímapunkti, meðan á nálarskönnuninni stendur, er göngstraumnum haldið stöðugum í gegnum rafræna endurgjöf. Til að viðhalda stöðugum straumi færist nálaroddurinn upp og niður með sveiflum sýnisyfirborðsins og skráir þar með feril hreyfingar nálaroddsins upp og niður og veitir formgerð sýnisyfirborðsins.
Stöðugur straumur er algengur vinnuhamur fyrir STM, en stöðug hæðarstilling er aðeins hentugur til að mynda sýni með litlum yfirborðssveiflum. Þegar yfirborð sýnisins sveiflast verulega, vegna þess að nálaroddurinn er mjög nálægt sýnisyfirborðinu, getur notkun á stöðugri hæðarstillingu auðveldlega valdið því að nálaroddurinn rekast á sýnisyfirborðið, sem leiðir til skemmda á milli nálaroddsins og sýnisins. yfirborð.
Starfsregla AFM
Grundvallarregla AFM er svipuð og STM, þar sem nálaroddur á teygjanlegu svigi sem er mjög næmur fyrir veikum krafti er notaður til að framkvæma ristaskönnun á yfirborði sýnisins. Þegar fjarlægðin milli nálaroddsins og yfirborðs sýnisins er mjög nálægt, er mjög veikur kraftur (10-12-10-6N) á milli atómanna á nálaroddinum og atómanna á yfirborði sýnishorn. Á þessum tíma mun microcantilever gangast undir litla teygjanlega aflögun. Krafturinn F á milli nálaroddsins og sýnisins og aflögun örbeygjunnar fylgir lögmáli Hooke: F=- k * x, þar sem k er kraftfasti örhlífarinnar. Svo lengi sem stærð aflögunarbreytunnar er mæld, er hægt að fá stærð kraftsins á milli nálaroddsins og sýnisins. Krafturinn á milli nálaroddsins og sýnisins er mjög háður fjarlægðinni, þannig að endurgjöf lykkja er notuð við skönnunarferlið til að viðhalda stöðugum krafti á milli nálaroddsins og sýnisins, sem er viðhaldið sem breytu í cantilever lögun. Nálaroddurinn mun færast upp og niður með sveiflum á yfirborði sýnisins og hægt er að skrá feril hreyfingar nálaroddsins upp og niður til að fá upplýsingar um yfirborðsform sýnisins. Þessi vinnuhamur er kallaður „Constant Force Mode“ og er mest notaða skönnunaraðferðin.
AFM myndir er einnig hægt að fá með því að nota „Constant Height Mode“, sem þýðir að meðan á X, Y skönnunarferlinu stendur, er engin endurgjafarlykkja notuð til að halda stöðugri fjarlægð milli nálaroddsins og sýnisins og myndatöku er náð með því að mæla lögun breytileg í Z-stefnu örhlífarinnar. Þessi aðferð notar ekki endurgjafarlykkju og getur tekið upp hærri skönnunarhraða. Það er venjulega notað oftar þegar skoðaðar eru atóm- og sameindamyndir, en hentar ekki fyrir sýni með miklar yfirborðssveiflur.
