1884年，埃德溫·阿伯特在富含數(shù)學(xué)因素的小說(shuō)《平面國(guó)》中,描述了一種只有兩個(gè)維度的古怪世界。這世界的主角是一個(gè)正方形，它希望到只有一個(gè)維度的世界。讓它沒(méi)想到的是，一個(gè)球體邀請(qǐng)它到了一個(gè)三維世界，而這個(gè)球體一直沿z軸的視角觀察這個(gè)平面國(guó)。在今天世界各地的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室里，原子力顯微鏡針尖正探究著石墨烯及相關(guān)材料的低維世界。
二維材料石墨烯在2004年頭次被發(fā)現(xiàn)，從那時(shí)起，研究石墨烯及相關(guān)材料的熱潮迅速發(fā)展。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡(jiǎn)單的方法得到越來(lái)越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來(lái)越薄，后面，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。石墨烯表現(xiàn)出已知的很高的室溫載流子遷移率、大約有25倍的硅的熱導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)相似的單層膜有半導(dǎo)體和絕緣體。一維碳納米管，相當(dāng)于石墨烯滾成的圓筒，有著和石墨烯相似的熱學(xué)和力學(xué)性能。碳納米管的金屬性或半導(dǎo)體性取決于晶格取向。
令人印象深刻的力、熱、電學(xué)特性的集合使這些材料可能成為顛覆技術(shù)突破的候選者，這些領(lǐng)域跨越了高性能量子計(jì)算，自旋電子學(xué)，能量收集和存儲(chǔ)，新穎的單分子傳感器，太赫茲振蕩器，納米壓電系統(tǒng)，用于觸屏的顯示器和太陽(yáng)能光電板的透明電級(jí)。石墨烯和其他低維材料也可能突破摩爾定律成為硅的潛在的替代品。
原子力顯微鏡可以用于探究低維材料這個(gè)火熱的領(lǐng)域。afm原子力顯微鏡能夠得到石墨烯和相關(guān)的兩維材料的結(jié)構(gòu)、機(jī)械和電學(xué)特性。原子力顯微鏡的一些實(shí)用性僅僅源自其令人印象深刻的高度敏感性。石墨烯是單層的碳原子，因此解決這么小的尺度需要低于埃量級(jí)的分辨率——而這恰好是afm原子力顯微鏡擅長(zhǎng)的地方，原子力顯微鏡可以很好地提供低于10皮米的高分辨率。不僅僅是簡(jiǎn)單的形貌測(cè)量，有許多的力電表征技術(shù)都依賴于afm原子力顯微鏡的懸臂能夠真正“感覺(jué)”材料的機(jī)械和電氣性能。