مائکروسکوپ کے امیج سسٹم کو واضح کرنے والا اسکیمیٹک
آئی پیس کا کام میگنفائنگ گلاس کے مساوی ہے، لیکن میگنفائنگ گلاس کی تصویر اسی طرف ہوتی ہے جس طرح آبجیکٹ ہوتی ہے۔ خوردبین میں معروضی لینس آبجیکٹ کو بڑا کرنے کے بعد، نتیجے میں آنے والی تصویر مائکروسکوپ ٹیوب میں ہونی چاہیے۔ اگر آئی پیس کا اصول میگنفائنگ گلاس کی طرح ہے، تو کیا اس کی تصویر سامنے نہیں ہے، انسانی آنکھ مخالف سمت (آبجیکٹ کا ایک ہی رخ) میں زوم کرتی ہے، تو آپ کو کیسے معلوم ہوگا کہ ڈبل کو کیسے دیکھنا ہے۔ بڑی تصویر؟ مائکروسکوپ کے امیجنگ اصول کو تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ معروضی لینس کی فوکل لمبائی چھوٹی ہے، اور آئی پیس کی فوکل لمبائی لمبی ہے۔ آبجیکٹ معروضی عینک کے ذریعے ایک الٹی اصلی تصویر A"B" بناتا ہے، یہ تصویر آئی پیس کے فوکل پوائنٹ (لینس کے بیرل کے اندر) کے اندر واقع ہوتی ہے، اور اسے آئی پیس کی آبجیکٹ کے طور پر بھی شمار کیا جا سکتا ہے، جو کہ بن جاتا ہے۔ آئی پیس سے گزرنے کے بعد سیدھی ورچوئل امیج؛ یہ اب بھی میگنفائنگ گلاس جیسا ہی ہے، اور آبجیکٹ کی تصویر اسی طرف ہے)۔
STMs کیسے کام کرتے ہیں۔
STM کوانٹم ٹنلنگ اثر کو استعمال کر کے کام کرتا ہے۔ اگر دھات کی سوئی کی نوک کو ایک الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اور ٹھوس نمونے کو دوسرے الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جب ان کے درمیان فاصلہ تقریباً 1nm کے برابر ہوتا ہے، تو ایک سرنگ کا اثر ظاہر ہوگا، اور الیکٹران خلا سے گزر جائیں گے۔ کرنٹ بنانے کے لیے ایک الیکٹروڈ سے دوسرے الیکٹروڈ تک رکاوٹ۔ . اور جہاں Ub: تعصب وولٹیج؛ k: مستقل، تقریباً 1 کے برابر، Φ1/2: اوسط کام کا فنکشن، S: فاصلہ۔
مندرجہ بالا فارمولے سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ ٹنلنگ کرنٹ کا ٹِپ-سیمپل فاصلہ S کے ساتھ ایک منفی کفایتی تعلق ہے۔ وقفہ کاری میں ہونے والی تبدیلیوں کے لیے بہت حساس ہے۔ لہٰذا، جب سوئی کی نوک جانچ کے لیے نمونے کی سطح کو اسکین کرتی ہے، چاہے سطح میں صرف جوہری پیمانے پر اتار چڑھاؤ ہو، یہ سرنگ کے کرنٹ میں بہت اہم تبدیلیوں کا باعث بنے گا، یہاں تک کہ طول و عرض کی ترتیب کے قریب بھی۔ یہ سطح میں جوہری پیمانے پر اتار چڑھاو کو برقی رو میں تبدیلیوں کی پیمائش کے ذریعے منعکس کرنے کی اجازت دیتا ہے، جیسا کہ نیچے تصویر میں دائیں طرف دکھایا گیا ہے۔ یہ STM کا بنیادی کام کرنے کا اصول ہے، اور آپریشن کے اس موڈ کو مستقل اونچائی موڈ کہا جاتا ہے (ٹپ کی اونچائی کو مستقل رکھیں)۔
ایس ٹی ایم کے پاس ایک اور ورکنگ موڈ بھی ہے، جسے مستقل کرنٹ موڈ کہتے ہیں، جیسا کہ نیچے دی گئی تصویر کے بائیں جانب دکھایا گیا ہے۔ اس وقت، ٹپ سکیننگ کے عمل کے دوران، الیکٹرانک فیڈ بیک لوپ کے ذریعے ٹنل کرنٹ کو مستقل رکھا جاتا ہے۔ مستقل کرنٹ کو برقرار رکھنے کے لیے، سوئی کی نوک نمونے کی سطح کے اتار چڑھاؤ کے ساتھ اوپر اور نیچے کی طرف حرکت کرتی ہے، تاکہ سوئی کی نوک کے اوپر اور نیچے کی حرکت کی رفتار کو ریکارڈ کیا جا سکے، اور پھر نمونے کی سطح کی ٹپوگرافی ہو سکتی ہے۔ دیا
مستقل کرنٹ موڈ STM کا عام طور پر استعمال ہونے والا ورکنگ موڈ ہے، جبکہ مستقل اونچائی کا موڈ صرف سطحی اتار چڑھاو کے ساتھ امیجنگ کے نمونوں کے لیے موزوں ہے۔ جب نمونے کی سطح میں بہت زیادہ اتار چڑھاؤ آتا ہے، چونکہ سوئی کی نوک نمونے کی سطح کے بہت قریب ہوتی ہے، مستقل اونچائی کے انداز میں اسکین کرنے سے سوئی کی نوک آسانی سے نمونے کی سطح سے ٹکرا سکتی ہے، جس کے نتیجے میں سوئی کی نوک اور نمونے کی سطح کو نقصان پہنچ سکتا ہے۔
AFMs کیسے کام کرتے ہیں۔
AFM کا بنیادی اصول STM کی طرح ہے۔ AFM میں، ایک لچکدار کینٹیلیور پر سوئی کی نوک جو کمزور قوتوں کے لیے بہت حساس ہوتی ہے، نمونے کی سطح کو راسٹر انداز میں اسکین کرنے کے لیے استعمال کی جاتی ہے۔ جب سوئی کی نوک اور نمونے کی سطح کے درمیان فاصلہ بہت قریب ہوتا ہے تو، سوئی کی نوک پر موجود ایٹموں اور اس پر موجود ایٹموں کے درمیان ایک بہت کمزور قوت (10-12~10-6N) ہوتی ہے۔ نمونہ کی سطح. اس وقت، مائیکرو کینٹیلیور ایک چھوٹی لچکدار اخترتی سے گزرے گا۔ ٹپ اور نمونے کے درمیان قوت F اور کینٹیلیور کی خرابی ہُک کے قانون کی پیروی کرتی ہے: F=-k*x، جہاں k کینٹیلیور کی قوت مستقل ہے۔ لہذا، جب تک مائیکرو کینٹیلیور کی اخترتی کی پیمائش کی جاتی ہے، نوک اور نمونے کے درمیان قوت حاصل کی جا سکتی ہے۔ سوئی کی نوک اور نمونے کے درمیان کی قوت کا فاصلے پر مضبوط انحصار ہوتا ہے، اس لیے فیڈ بیک لوپ کا استعمال سوئی کی نوک اور نمونے کے درمیان قوت کو سکیننگ کے عمل کے دوران مستقل رکھنے کے لیے کیا جاتا ہے، یعنی کینٹیلیور کی خرابی کو برقرار رکھا جاتا ہے۔ مستقل، اور سوئی کی نوک نمونے کی پیروی کرے گی۔ سطح کے اتار چڑھاؤ اوپر اور نیچے حرکت کرتے ہیں، اور نمونے کی سطح کی ٹپوگرافی کی معلومات حاصل کرنے کے لیے سوئی کی نوک کے اوپر اور نیچے کی حرکت کو ریکارڈ کیا جا سکتا ہے۔ اس ورکنگ موڈ کو "کنسٹنٹ فورس موڈ" کہا جاتا ہے اور یہ سب سے زیادہ استعمال ہونے والا سکیننگ طریقہ ہے۔
AFM تصاویر "Constant Height Mode" کا استعمال کرتے ہوئے بھی حاصل کی جا سکتی ہیں، یعنی X, Y سکیننگ کے دوران، فیڈ بیک لوپ کا استعمال کیے بغیر، سوئی کی نوک اور نمونے کے درمیان فاصلہ برقرار رکھتے ہوئے، مائکرو کنٹیلیور کی Z سمت کی پیمائش کر کے۔ تصویر میں اخترتی کی مقدار یہ طریقہ فیڈ بیک لوپ استعمال نہیں کرتا ہے اور اسکیننگ کی تیز رفتار کو اپنا سکتا ہے۔ یہ عام طور پر ایٹموں اور مالیکیولز کا مشاہدہ کرتے وقت زیادہ استعمال ہوتا ہے، لیکن یہ نسبتاً بڑے سطح کے اتار چڑھاو والے نمونوں کے لیے موزوں نہیں ہے۔
