显微镜成像原理图

显微镜成像原理图

我知道目镜的作用相当于放大镜,但放大镜成的像是物相同侧而显微镜当中的物镜将物体放大后,所成的像应在显微镜管内.如果目镜的原理和放大镜一样,那它的像岂不是朝人眼反方向放大(物相同侧)那么认识如何看到二次放大的像呢?显微镜的成像原理如图所示，物镜焦距较短，目镜焦距较长，物体经物镜成一倒立实像A"B"，该像位于目镜焦点以内（镜筒内），它又可看作目镜的物，经目镜后成正立虚像;.其还是与放大镜一样，物像同侧）。

这个是两次折射的结果，并不是单纯一个目镜的作用。

STM的工作原理

STM是利用量子隧道效应工作的。若以金属针尖为一电极，被测固体样品为另一电极，当他们之间的距离小到1nm左右时，就会出现隧道效应，电子从一个电极穿过空间势垒到达另一电极形成电流。且其中Ub：偏置电压；k：常数，约等于1，Φ1/2：平均功函数，S：距离。

从上式可知，隧道电流与针尖样品间距S成负指数关系。对于间距的变化非常敏感。因此，当针尖在被测样品表面做平面扫描时，即使表面仅有原子尺度的起伏，也会导致隧道电流的非常显著的、甚至接近数量级的变化。这样就可以通过测量电流的变化来反应表面上原子尺度的起伏，如下图右边所示。这就是STM的基本工作原理，这种运行模式称为恒高模式（保持针尖高度恒定）。

STM还有另外一种工作模式，称为恒流模式，如下图左边。此时，针尖扫描过程中，通过电子反馈回路保持隧道电流不变。为维持恒定的电流，针尖随样品表面的起伏上下移动，从而记录下针尖上下运动的轨迹，即可给出样品表面的形貌。

恒流模式是STM常用的工作模式，而恒高模式仅适于对表面起伏不大的样品进行成像。当样品表面起伏较大时，由于针尖离样品表面非常近，采用恒高模式扫描容易造成针尖与样品表面相撞，导致针尖与样品表面的破坏。

STM原理图

AFM的工作原理

　　AFM的基本原理与STM类似，在AFM中，使用对微弱力非常敏感的弹性悬臂上的针尖对样品表面作光栅式扫描。当针尖和样品表面的距离非常接近时，针尖尖端的原子与样品表面的原子之间存在极微弱的作用力（10-12~10-6N），此时，微悬臂就会发生微小的弹性形变。针尖与样品之间的力F与微悬臂的形变之间遵循虎克定律：F=-k*x，其中，k为微悬臂的力常数。所以，只要测出微悬臂形变量的大小，就可以获得针尖与样品之间作用力的大小。针尖与样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系，所以在扫描过程中利用反馈回路保持针尖与样品之间的作用力恒定，即保持为悬臂的形变量不变，针尖就会随样品表面的起伏上下移动，记录针尖上下运动的轨迹即可得到样品表面形貌的信息。这种工作模式被称为“恒力”模式（ConstantForceMode），是使用最广泛的扫描方式。
　　AFM的图像也可以使用“恒高”模式（ConstantHeightMode）来获得，也就是在X，Y扫描过程中，不使用反馈回路，保持针尖与样品之间的距离恒定，通过测量微悬臂Z方向的形变量来成像。这种方式不使用反馈回路，可以采用更高的扫描速度，通常在观察原子、分子像时用得比较多，而对于表面起伏比较大的样品不适用。

原子力显微镜工作原理图

　　AFM有多种操作模式，常用的有以下4种：接触模式（ContactMode）、非接触（Non-ContactMode）、轻敲模式(TappingMode)、侧向力(LateralForceMode)模式。根据样品表面不同的结构特征和材料的特性以及不同的研究需要，选择合适的操作模式。