Как выглядит измерительная часть туннельного микроскопа? Часть 1

Туннельный сканирующий микроскоп это прибор, способный построить профиль исследуемой поверхности с разрешением в пару атомов. Разберем принцип его работы:

Измерительная головка (игла) микроскопа удерживается на расстоянии нанометров от поверхности материала. На кончике иглы диаметром в несколько ангстрем присутствует потенциал равный паре вольт. За счет разности потенциалов образуется туннельный ток из исследуемого образца в измерительную головку. Туннельный ток характеризуется экспоненциальной функцией в зависимости от расстояния до поверхности образца. На основании данного эффекта и строится рельеф поверхности. Для того чтобы измерять наноамперы используется трансимпедансный усилитель (U1), при таких входных токах требуется огромное сопротивление в обратном связи (0.1ГОм). Смещение измерительной головки фильтруется и буферизируется усилителями U4, U2. Усилитель U3 используется для компенсации резких скачков тока, возникающих при перемещении иглы на новую координату. Цепь C5, R6 создает импульс, компенсирующий импульс тока при переходе к следующей позиции. Итоговый значение получается при вычитании импульсов и сдвига щупа на дифференциальном усилителе U5. Одновременно с этим в игру вступают и шумы, которые могут создавать искажение полученной картины. Автор пользуется интересным приемом для ограничения полосы пропускания U1, цепь C1, R2 зарезает полосу контура усиления, тем самым снижая воздействие высокочастотного шума (en*Cin) на усилитель.