原子力顯微鏡是一種利用原子間相互作用力來探測樣品表面形貌的高精度儀器。在AFM原子力顯微鏡中，主要有三種工作模式：接觸式、非接觸式和輕敲式。這三種模式的原理有一定的區(qū)別，下面我將分別進(jìn)行解釋。
接觸式原子力顯微鏡：
在接觸式AFM原子力顯微鏡中，探針的J端與樣品表面始終保持輕微的物理接觸。當(dāng)探針在樣品表面掃描時(shí)，由于針尖與樣品表面原子之間的相互作用力（主要是排斥力），探針會發(fā)生微小的彎曲或偏轉(zhuǎn)。通過測量這種彎曲或偏轉(zhuǎn)的量，可以間接得到樣品表面的形貌信息。由于探針與樣品之間始終保持接觸，因此可以獲得高分辨率的表面圖像。但是，由于接觸力的作用，可能會對柔軟或易受損的樣品造成破壞。
非接觸式原子力顯微鏡：
在非接觸式AFM原子力顯微鏡中，探針的J端在樣品表面上方振動，不與樣品表面直接接觸。當(dāng)探針接近樣品表面時(shí)，由于范德華力和靜電力等長程力的作用，探針的振動狀態(tài)會發(fā)生變化。通過測量這種變化，可以間接推斷出樣品表面的形貌信息。由于探針不與樣品接觸，因此不會對樣品造成破壞。但是，由于長程力的強(qiáng)度較弱，因此非接觸式原子力顯微鏡的分辨率通常較低。
輕敲式AFM原子力顯微鏡：
輕敲式原子力顯微鏡結(jié)合了接觸式和非接觸式的優(yōu)點(diǎn)。在輕敲式AFM原子力顯微鏡中，探針以一定的頻率在樣品表面上方振動。當(dāng)探針接近樣品表面時(shí)，由于原子間相互作用力的作用，探針的振動狀態(tài)會發(fā)生變化。與接觸式原子力顯微鏡不同的是，輕敲式AFM原子力顯微鏡的探針在振動過程中并不始終與樣品接觸，而是在每個(gè)振動周期的某個(gè)階段短暫地接觸樣品表面。這種接觸是短暫的、周期性的，因此可以減少對樣品的破壞。同時(shí)，由于探針的振動頻率較高（通常在幾十到幾百兆赫茲），因此可以獲得較高的分辨率。
總的來說，接觸式、非接觸式和輕敲式原子力顯微鏡在原理上的主要區(qū)別在于探針與樣品之間的相互作用方式以及測量方式的不同。這些不同的工作模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同類型的樣品和測量需求。