原子力顯微鏡的原理
AFM全稱Atomic Force Microscope，此前STM由于原理的限制只能測(cè)導(dǎo)體和部分半導(dǎo)，AFM原子力顯微鏡出來(lái)后彌補(bǔ)了STM的不足。AFM是在STM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。
STM
STM利用量子理論中的隧道效應(yīng)，當(dāng)樣品與針尖的距離非常接近時(shí)在外加電場(chǎng)的作用下，電子會(huì)穿過(guò)兩個(gè)電極之間的勢(shì)壘流向另一電極。隧道電流強(qiáng)度對(duì)針尖與樣品表面之間距非常敏感，距離越小隧道電流將增加，所以利用電子反饋線路控制隧道電流的恒定，并控制針尖在樣品表面的掃描，則探針高低的變化就反映出了樣品表面的起伏。
利用原子間的范德華力作用，來(lái)呈現(xiàn)樣品的表面特性。當(dāng)原子間距離減小到一定程度以后，原子間的作用力將迅速上升。將一個(gè)對(duì)微弱力很敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，由于針尖尖部原子與樣品表面原子間存在很微弱的排斥力。因此，由顯微探針受力在垂直于樣品的表面方向起伏運(yùn)動(dòng)的大小就可以直接換算出樣品表面的高度，獲得樣品表面形貌的信息，過(guò)程中我們可以恒定力量也可以恒定高度。
AFM原子力顯微鏡的常用三種模式如何選擇？
接觸模式
接觸模式探針尖部和樣品做“柔性接觸”，接觸力引起懸臂彎曲進(jìn)而得到表面圖像，但是可能使樣品表面彎曲，長(zhǎng)時(shí)間后針尖有鈍化現(xiàn)象影響圖像質(zhì)量出現(xiàn)誤判，接觸模式可以產(chǎn)生穩(wěn)定的、分辨率高的圖像。但是由于接觸所以容易變形、移動(dòng)的樣品不適合。
非接觸模式
針尖在樣品上方振動(dòng)，不與樣品接觸，探測(cè)器檢測(cè)的是范德華作用力和靜電力等作用力，該模式要求顯微鏡的靈敏度更高，當(dāng)針尖和樣品距離太長(zhǎng)時(shí)，分辨率比其他模式都要低。適用于柔軟、有彈性的樣品。
輕敲（間歇性接觸）模式
微懸臂做受迫振動(dòng)，振蕩的針尖輕輕敲擊樣品表面，間斷的和樣品接觸，反饋系統(tǒng)控制微懸臂的振幅恒定，針尖就跟隨表面起伏上下移動(dòng)進(jìn)而獲得形貌信息。輕敲模式比非接觸模式靠近樣品，比接觸模式對(duì)樣品傷害更少，也能得到和接觸模式一樣的分辨率。適用于一些不牢固的樣品，像生物大分子這樣的軟樣品也比較適合。樣品表面起伏較大的大型掃描比非接觸的更有效。
其他擴(kuò)展
后來(lái)在原子力顯微鏡基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)很多滿足其他測(cè)試功能的顯微鏡。
壓電力顯微鏡(PFM)即是在AFM原子力顯微鏡基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)利用原子力顯微鏡導(dǎo)電探針檢測(cè)樣品的在外加激勵(lì)電壓下的電致形變量的顯微鏡。
光誘導(dǎo)力顯微鏡 (Photo-induced Force Microscope, PiFM) 通過(guò)脈沖激光激發(fā)至樣品和針尖，樣品吸收特定波長(zhǎng)的激發(fā)光后與針尖尖部形成偶極與偶極（電子云與電子云）的交互即樣品吸收特定紅外波長(zhǎng)后所產(chǎn)生的偶極矩變化?？梢酝瑫r(shí)獲得AFM原子力顯微鏡形貌圖和PiFM光誘導(dǎo)力圖（極化分布/特定波長(zhǎng)吸收）?？梢詼y(cè)得10 nm空間分辨的可見(jiàn)~紅外吸收，也可以測(cè)得10 nm空間分辨的電磁場(chǎng)強(qiáng)。