অণুবীক্ষণ যন্ত্রের এসটিএম নীতি এবং এএফএম কার্যকারী নীতি
STM এর কার্য নীতি
এসটিএম কোয়ান্টাম টানেলিং প্রভাব ব্যবহার করে কাজ করে। যদি ধাতব সূঁচের ডগাকে একটি ইলেক্ট্রোড হিসাবে ব্যবহার করা হয় এবং পরিমাপ করা কঠিন নমুনাটি অন্য ইলেক্ট্রোড হিসাবে ব্যবহার করা হয়, একটি টানেলিং প্রভাব ঘটবে যখন তাদের মধ্যে দূরত্ব প্রায় 1nm হবে এবং ইলেকট্রনগুলি স্থানিক সম্ভাব্য বাধার মধ্য দিয়ে এক ইলেক্ট্রোড থেকে অন্যটিতে যাবে। ইলেক্ট্রোড একটি বর্তমান গঠন. এবং Ub: বায়াস ভোল্টেজ; k: ধ্রুবক, প্রায় 1 এর সমান, Φ 1/2: গড় কাজের ফাংশন, S: দূরত্ব।
উপরের সমীকরণ থেকে, এটা দেখা যায় যে সুই ডগা নমুনাগুলির মধ্যে ব্যবধান S এর সাথে টানেল কারেন্টের একটি নেতিবাচক সূচকীয় সম্পর্ক রয়েছে। ব্যবধান পরিবর্তনের জন্য খুবই সংবেদনশীল। অতএব, যখন সূঁচের ডগা পরীক্ষিত নমুনার পৃষ্ঠে একটি প্ল্যানার স্ক্যান করে, এমনকি যদি পৃষ্ঠে শুধুমাত্র পারমাণবিক স্কেলের ওঠানামা থাকে, তবে এটি খুব তাৎপর্যপূর্ণ, বা এমনকি মাত্রার একটি ক্রমের কাছাকাছি, টানেলের স্রোতে পরিবর্তন ঘটাবে। এইভাবে, পৃষ্ঠের পারমাণবিক স্কেলের ওঠানামা কারেন্টের পরিবর্তনগুলি পরিমাপ করে প্রতিফলিত করা যেতে পারে, যেমনটি নীচের চিত্রের ডানদিকে দেখানো হয়েছে। এটি এসটিএম-এর মৌলিক কাজের নীতি, যাকে ধ্রুবক উচ্চতা মোড বলা হয় (সুই ডগা উচ্চতা ধ্রুবক রাখা)।
STM-এর আরেকটি অপারেটিং মোড আছে, যাকে বলা হয় ধ্রুবক কারেন্ট মোড, যেমনটি চিত্রের বাম দিকে দেখানো হয়েছে। এই মুহুর্তে, সুই স্ক্যানিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, একটি ইলেকট্রনিক ফিডব্যাক লুপের মাধ্যমে টানেলের কারেন্ট স্থির রাখা হয়। একটি ধ্রুবক কারেন্ট বজায় রাখার জন্য, নমুনা পৃষ্ঠের ওঠানামার সাথে সূঁচের ডগা উপরে এবং নিচে চলে যায়, এইভাবে রেকর্ড করা হয় যে সুই ডগায় STM-এর অন্য একটি কার্যকরী মোড রয়েছে, যাকে ধ্রুবক কারেন্ট মোড বলা হয়, যেমন চিত্রের বাম দিকে দেখানো হয়েছে। নিচে. এই মুহুর্তে, সুই স্ক্যানিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, একটি ইলেকট্রনিক ফিডব্যাক লুপের মাধ্যমে টানেলের কারেন্ট স্থির রাখা হয়। একটি ধ্রুবক স্রোত বজায় রাখার জন্য, নমুনা পৃষ্ঠের ওঠানামার সাথে সূঁচের ডগা উপরে এবং নীচে চলে যায়, যার ফলে সূচের ডগা উপরে এবং নীচের গতিবিধির গতিপথ রেকর্ড করে এবং নমুনা পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা প্রদান করে।
ধ্রুবক বর্তমান মোড হল STM-এর জন্য একটি সাধারণভাবে ব্যবহৃত কাজের মোড, যখন ধ্রুবক উচ্চতা মোড শুধুমাত্র ছোট পৃষ্ঠের ওঠানামা সহ ইমেজিং নমুনার জন্য উপযুক্ত। যখন নমুনার পৃষ্ঠটি উল্লেখযোগ্যভাবে ওঠানামা করে, সূচের ডগা নমুনা পৃষ্ঠের খুব কাছাকাছি থাকার কারণে, ধ্রুবক উচ্চতা মোড স্ক্যানিং ব্যবহার করে সহজেই সূঁচের ডগা নমুনার পৃষ্ঠের সাথে সংঘর্ষ করতে পারে, যার ফলে সূঁচের ডগা এবং নমুনার মধ্যে ক্ষতি হতে পারে। পৃষ্ঠতল.
AFM এর কাজের নীতি
AFM-এর মূল নীতিটি STM-এর অনুরূপ, যেখানে একটি ইলাস্টিক ক্যান্টিলিভারের উপর একটি সূঁচের ডগা যা দুর্বল শক্তির প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল, নমুনার পৃষ্ঠে গ্রেটিং স্ক্যানিং করতে ব্যবহৃত হয়। যখন সূঁচের ডগা এবং নমুনার পৃষ্ঠের মধ্যে দূরত্ব খুব কাছাকাছি হয়, তখন সূঁচের ডগায় থাকা পরমাণু এবং পৃষ্ঠের পরমাণুর মধ্যে একটি খুব দুর্বল বল (10-12-10-6N) থাকে নমুনা এই সময়ে, মাইক্রোক্যান্টিলিভার ছোট ইলাস্টিক বিকৃতির মধ্য দিয়ে যাবে। সূচের ডগা এবং নমুনার মধ্যে F বল এবং মাইক্রোক্যান্টিলিভারের বিকৃতি হুকের নিয়ম অনুসরণ করে: F=- k * x, যেখানে k হল মাইক্রোক্যান্টিলিভারের বল ধ্রুবক। সুতরাং, যতক্ষণ পর্যন্ত মাইক্রো ক্যান্টিলিভার ডিফরমেশন ভেরিয়েবলের আকার পরিমাপ করা হয়, ততক্ষণ সূচের ডগা এবং নমুনার মধ্যে শক্তির মাত্রা পাওয়া যেতে পারে। সুই ডগা এবং নমুনার মধ্যে বল দৃঢ়ভাবে দূরত্বের উপর নির্ভরশীল, তাই স্ক্যানিং প্রক্রিয়ার সময় একটি ফিডব্যাক লুপ ব্যবহার করা হয় যাতে সুই ডগা এবং নমুনার মধ্যে একটি ধ্রুবক বল বজায় রাখা হয়, যা একটি ক্যান্টিলিভার আকৃতি পরিবর্তনশীল হিসাবে বজায় রাখা হয়। নমুনার পৃষ্ঠের ওঠানামার সাথে সূচের ডগা উপরে এবং নীচে সরে যাবে এবং নমুনার পৃষ্ঠের আকারবিদ্যার তথ্য পেতে সুচের ডগা উপরে এবং নীচে চলাচলের গতিপথ রেকর্ড করা যেতে পারে। এই কাজের মোডটিকে 'কনস্ট্যান্ট ফোর্স মোড' বলা হয় এবং এটি সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত স্ক্যানিং পদ্ধতি।
AFM ছবিগুলি "কনস্ট্যান্ট হাইট মোড" ব্যবহার করেও প্রাপ্ত করা যেতে পারে, যার মানে X, Y স্ক্যানিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, সুচের ডগা এবং নমুনার মধ্যে একটি ধ্রুবক দূরত্ব বজায় রাখতে কোনও প্রতিক্রিয়া লুপ ব্যবহার করা হয় না এবং ইমেজিং পরিমাপ করে অর্জন করা হয়। মাইক্রোক্যান্টিলিভারের Z দিকের আকৃতি পরিবর্তনশীল। এই পদ্ধতিটি একটি প্রতিক্রিয়া লুপ ব্যবহার করে না এবং একটি উচ্চতর স্ক্যানিং গতি গ্রহণ করতে পারে। পারমাণবিক এবং আণবিক চিত্রগুলি পর্যবেক্ষণ করার সময় এটি সাধারণত আরও ঘন ঘন ব্যবহার করা হয়, তবে বড় পৃষ্ঠের ওঠানামা সহ নমুনার জন্য উপযুক্ত নয়।
