सूक्ष्मदर्शी का एसटीएम सिद्धांत और एएफएम कार्य सिद्धांत
एसटीएम का कार्य सिद्धांत
एसटीएम क्वांटम टनलिंग प्रभाव का उपयोग करके काम करता है। यदि धातु सुई की नोक को एक इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जाता है और मापा ठोस नमूना दूसरे इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जाता है, तो एक टनलिंग प्रभाव तब होगा जब उनके बीच की दूरी लगभग 1 एनएम होगी, और इलेक्ट्रॉन एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड तक स्थानिक संभावित बाधा से गुजरेंगे। करंट बनाने के लिए इलेक्ट्रोड। और यूबी: पूर्वाग्रह वोल्टेज; k: स्थिरांक, लगभग 1 के बराबर, Φ 1/2: औसत कार्य फलन, S: दूरी।
उपरोक्त समीकरण से, यह देखा जा सकता है कि सुई की नोक के नमूनों के बीच की दूरी S के साथ सुरंग धारा का नकारात्मक घातांकीय संबंध है। रिक्ति में परिवर्तन के प्रति बहुत संवेदनशील. इसलिए, जब सुई की नोक परीक्षण किए गए नमूने की सतह पर एक प्लेनर स्कैन करती है, भले ही सतह में केवल परमाणु पैमाने पर उतार-चढ़ाव हो, तो यह टनल करंट में बहुत महत्वपूर्ण, या यहां तक कि परिमाण के एक क्रम के करीब परिवर्तन का कारण बनेगा। इस प्रकार, सतह पर परमाणु पैमाने के उतार-चढ़ाव को वर्तमान में परिवर्तन को मापकर प्रतिबिंबित किया जा सकता है, जैसा कि निम्नलिखित चित्र के दाईं ओर दिखाया गया है। यह एसटीएम का मूल कार्य सिद्धांत है, जिसे स्थिर ऊंचाई मोड (सुई की नोक की ऊंचाई स्थिर रखना) कहा जाता है।
एसटीएम में एक और ऑपरेटिंग मोड है, जिसे निरंतर चालू मोड कहा जाता है, जैसा कि चित्र के बाईं ओर दिखाया गया है। इस बिंदु पर, सुई स्कैनिंग प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रॉनिक फीडबैक लूप के माध्यम से टनल करंट को स्थिर बनाए रखा जाता है। निरंतर धारा बनाए रखने के लिए, सुई की नोक नमूना सतह के उतार-चढ़ाव के साथ ऊपर और नीचे चलती है, इस प्रकार यह रिकॉर्ड करती है कि सुई की नोक पर एसटीएम का एक और कार्यशील मोड है, जिसे निरंतर वर्तमान मोड कहा जाता है, जैसा कि चित्र के बाईं ओर दिखाया गया है नीचे। इस बिंदु पर, सुई स्कैनिंग प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रॉनिक फीडबैक लूप के माध्यम से टनल करंट को स्थिर बनाए रखा जाता है। निरंतर धारा बनाए रखने के लिए, सुई की नोक नमूना सतह के उतार-चढ़ाव के साथ ऊपर और नीचे चलती है, जिससे सुई की नोक के ऊपर और नीचे की गति के प्रक्षेपवक्र को रिकॉर्ड किया जाता है, और नमूना सतह की आकृति विज्ञान प्रदान किया जाता है।
निरंतर चालू मोड एसटीएम के लिए आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला कार्य मोड है, जबकि निरंतर ऊंचाई मोड केवल छोटे सतह के उतार-चढ़ाव वाले नमूनों की इमेजिंग के लिए उपयुक्त है। जब नमूने की सतह में काफी उतार-चढ़ाव होता है, तो सुई की नोक नमूना सतह के बहुत करीब होने के कारण, निरंतर ऊंचाई मोड स्कैनिंग का उपयोग करने से सुई की नोक आसानी से नमूना सतह से टकरा सकती है, जिससे सुई की नोक और नमूने के बीच क्षति हो सकती है। सतह।
एएफएम का कार्य सिद्धांत
एएफएम का मूल सिद्धांत एसटीएम के समान है, जिसमें एक लोचदार ब्रैकट पर सुई की नोक जो कमजोर बलों के प्रति बहुत संवेदनशील होती है, का उपयोग नमूने की सतह पर झंझरी स्कैनिंग करने के लिए किया जाता है। जब सुई की नोक और नमूने की सतह के बीच की दूरी बहुत करीब होती है, तो सुई की नोक पर परमाणुओं और सतह पर परमाणुओं के बीच एक बहुत कमजोर बल (10-12-10-6N) होता है। नमूना। इस समय, माइक्रोकैंटिलीवर छोटे लोचदार विरूपण से गुजरेगा। सुई की नोक और नमूने के बीच बल F और माइक्रोकैंटिलीवर का विरूपण हुक के नियम का पालन करता है: F=- k * x, जहां k माइक्रोकैंटिलीवर का बल स्थिरांक है। इसलिए, जब तक सूक्ष्म ब्रैकट विरूपण चर का आकार मापा जाता है, सुई की नोक और नमूने के बीच बल का परिमाण प्राप्त किया जा सकता है। सुई की नोक और नमूने के बीच का बल काफी हद तक दूरी पर निर्भर करता है, इसलिए सुई की नोक और नमूने के बीच एक स्थिर बल बनाए रखने के लिए स्कैनिंग प्रक्रिया के दौरान एक फीडबैक लूप का उपयोग किया जाता है, जिसे ब्रैकट आकार चर के रूप में बनाए रखा जाता है। सुई की नोक नमूना सतह के उतार-चढ़ाव के साथ ऊपर और नीचे जाएगी, और नमूने की सतह आकृति विज्ञान पर जानकारी प्राप्त करने के लिए सुई की नोक के ऊपर और नीचे की गति के प्रक्षेपवक्र को रिकॉर्ड किया जा सकता है। इस कार्य मोड को 'कॉन्स्टेंट फ़ोर्स मोड' कहा जाता है और यह सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली स्कैनिंग विधि है।
एएफएम छवियां "कॉन्स्टेंट हाइट मोड" का उपयोग करके भी प्राप्त की जा सकती हैं, जिसका अर्थ है कि एक्स, वाई स्कैनिंग प्रक्रिया के दौरान, सुई की नोक और नमूने के बीच निरंतर दूरी बनाए रखने के लिए कोई फीडबैक लूप का उपयोग नहीं किया जाता है, और इमेजिंग को मापकर प्राप्त किया जाता है। माइक्रोकैंटिलीवर की Z दिशा में आकार परिवर्तनशील। यह विधि फीडबैक लूप का उपयोग नहीं करती है और उच्च स्कैनिंग गति अपना सकती है। इसका उपयोग आमतौर पर परमाणु और आणविक छवियों का अवलोकन करते समय अधिक बार किया जाता है, लेकिन बड़े सतह के उतार-चढ़ाव वाले नमूनों के लिए उपयुक्त नहीं है।
