原子力显微镜AFM
STM 仪器能够提供人们前所未有的高空间分辨率。但是，STM 的工作原理要求样品必须是电的良导体，所以它只能用于研究导体和半导体材料。而大部分的材料表面是不导电的，在研究它们，必须在样品表面覆盖一层导电薄膜。这既大大地增加了制样的难度，而且在很大程度上损失了样品的细节信息。http://c.tl08.cn/haizisi/pic/gif/1306376757.jpg
1986 年，Binnig、Quate 和Gerbe 发明了原子力显微镜（AFM）。AFM 的基本原理与STM 类似，在AFM 中，对力敏感的易弯曲的悬臂上的尖端对样品表面作光栅式扫描。尖端与样品表面的相互作用力使得悬臂产生微小的弯曲，检测这种弯曲的信号并用作反馈。通过保持力的恒定，可以获得恒定力状态下的样品表面的形貌图像。AFM 既可用于导电样品，也可以用于非导电样品，因而相对于STM 来说极大地扩展了应用范围，特别是应用于生物样品，可以进行活性的动态研究，几乎无需进行样品制备。所谓原子力显微镜就是利用原子间的作用力来达到观察目的的显微镜。图1.2 示出原子间作用力的情况。原子间的力很小，如何才能灵敏地加以利用？人们通过计算发现，制造一个弹性系数小于原子之间的相关的量是很容易的。例如，结合在分子或晶格中的原子的振荡频率（ω）为1012 赫兹或更高，原子的质量（m）在10-25 千克左右，则原子之间的弹性系数（ω2m）为10N/m 的量级。而一片4mm长1mm 宽的家用铝箔的弹性系数约1N/m。因此利用这类可敏感到0.1 纳米的偏移量的弹性悬臂，人们可以获得原子级的形貌图像。而且所利用的这种力也不至于大到将原子离开它原来所在的位置，这就是原子力显微镜的物理基础。
针尖和样品表面的相互作用转化为电子学信号，由显微镜的控制电子学系统来处理。对STM，相互作用即是自身的隧道电流，因此只要简单地用低噪声的放大器来扩增信号。其他的SPM 技术需要一个用于转换的换能器。在AFM 里，换能器是一个灵敏感的弹性悬臂，长约100μm，针尖安装在悬臂的自由端，针尖和样品之间的任何相互作用力都会导致悬臂的弯曲，这种弯曲可用光学方法检测，当弯曲很小时，它与力成正比。商业化提供的悬臂具有的灵敏度典型值为0.1~100N/m。
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