AFM全稱Atomic Force Microscope，此前STM由于原理的限制只能測導體和部分半導，AFM原子力顯微鏡出來后彌補了STM的不足。AFM是在STM的基礎上發展起來的。

STM利用量子理論中的隧道效應，當樣品與針尖的距離非常接近時在外加電場的作用下，電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一電極。隧道電流強度對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，來呈現樣品的表面特性。當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。將一個對微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力。因此，由顯微探針受力在垂直于樣品的表面方向起伏運動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，過程中我們可以恒定力量也可以恒定高度。

接觸模式探針尖端和樣品做“柔性接觸”，接觸力引起懸臂彎曲進而得到表面圖像，但是可能使樣品表面彎曲，長時間后針尖有鈍化現象影響圖像質量出現誤判，接觸模式可以產生穩定的、分辨率高的圖像。但是由于接觸所以容易變形、移動的樣品不適合。

針尖在樣品上方振動，不與樣品接觸，探測器檢測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，當針尖和樣品距離太長時，分辨率比其他模式都要低。適用于柔軟、有彈性的樣品。

微懸臂做受迫振動，振蕩的針尖輕輕敲擊樣品表面，間斷的和樣品接觸，反饋系統控制微懸臂的振幅恒定，針尖就跟隨表面起伏上下移動進而獲得形貌信息。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。

后來在AFM基礎上發展起來很多滿足其他測試功能的顯微鏡。

壓電力顯微鏡(PFM)即是在AFM基礎上發展起來利用原子力顯微鏡導電探針檢測樣品的在外加激勵電壓下的電致形變量的顯微鏡。

光誘導力顯微鏡 (Photo-induced Force Microscope, PiFM) 通過脈沖激光激發至樣品和針尖，樣品吸收特定波長的激發光后與針尖尖端形成偶極與偶極（電子云與電子云）的交互即樣品吸收特定紅外波長后所產生的偶極矩變化?？梢酝瑫r獲得AFM形貌圖和PiFM光誘導力圖（極化分布/特定波長吸收）?？梢詼y得10 nm空間分辨的可見~紅外吸收，也可以測得10 nm空間分辨的電磁場強。

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