原子力顯微鏡利用微懸臂感受和放大懸臂上尖細(xì)探針與受測樣品原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測的目的，具有原子級的分辨率。在微電子學(xué)、微機(jī)械學(xué)、新型材料、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

原子力顯微鏡是什么

　　原子力顯微鏡是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化。

　　原子力顯微鏡掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面結(jié)構(gòu)信息。它主要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運(yùn)動檢測裝置、監(jiān)控其運(yùn)動的反饋回路、使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。微懸臂運(yùn)動可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。原子力顯微鏡測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。

原子力顯微鏡的常見問題

　　1、原子力顯微鏡探測到的原子力的由哪兩種主要成分組成?

　　原子力顯微鏡探針與樣品表面原子之間存在多種作用力，其中包括范德瓦耳斯力、排斥力、靜電力、形變力、磁力、化學(xué)作用力等。原子力顯微鏡使用時，會消除出來范德瓦耳斯力以及排斥力之外作用力的影響;再加上，除了以上兩種力之外，其他力本身也相對較小。

　　因此，原子力顯微鏡探測到的原子力主要由范德瓦爾斯力以及排斥力組成。其中范德瓦耳斯力為吸引力，排斥力的本質(zhì)為原子電子云之間的相互作用，其本質(zhì)為一種量子效應(yīng)。

　　2、怎樣使用原子力顯微鏡，才能較好地保護(hù)探針?

　　探針價格較為昂貴，操作可能損壞探針的時候應(yīng)該緩慢、小心。在將樣品靠近探針的過程中，先順時針旋轉(zhuǎn)粗調(diào)旋鈕，在樣品距離探針約為1mm的地方改用細(xì)調(diào)旋鈕。調(diào)整細(xì)調(diào)旋鈕的時候，觀察控制機(jī)箱上的讀數(shù)。

　　在這個過程中，始終注意觀察，以免使得樣品過于靠近探針，壓壞探針。在測量過程中，注意掃描頻率不要太快，以免損傷探針。原子力顯微鏡使用完后，必須先逆時針旋轉(zhuǎn)細(xì)調(diào)旋鈕，再逆 時針旋轉(zhuǎn)粗調(diào)旋鈕，以取出樣品，以避免對于探針的損傷。

　　3、原子力顯微鏡有哪些應(yīng)用?

　　原子力顯微鏡可以在真空、超高真空、氣體、溶液、電化學(xué)環(huán)境、常溫和低溫等環(huán)境下工作，因此具有較廣的應(yīng)用范圍。

　　在物理學(xué)中，原子力顯微鏡可以用于研究金屬和半導(dǎo)體的表面形貌、表面重構(gòu)、表面電子態(tài)及其動態(tài)過程、超導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)和電子態(tài)層狀材料中的電荷密度等。

　　在生物學(xué)中，原子力顯微鏡可以應(yīng)用于生物大分子的結(jié)構(gòu)以及其他性質(zhì)的研究，例如對于蛋白質(zhì)、RNA、DNA，甚至細(xì)胞以及病毒的觀察中。

　　另外，由于原子力顯微鏡具有可以間接測得力與間距關(guān)系的特性，因此，除了將它用于形貌觀測方面，它還可以被用于測量原子間作用力上。

　　4、與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡相比，原子力顯微鏡的分辨本領(lǐng)主要受什么因素限制?

　　傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)受到光衍射極限的限制，其*小分辨距離為其光波長的一半。電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)同樣受到衍射極限的限制，其*小分辨本領(lǐng)為電子德布羅意波長的一半，因此電子顯微鏡可以達(dá)到比傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡更高的分辨本領(lǐng)。

　　原子力顯微鏡的分辨本領(lǐng)主要取決于：探針針尖的尺寸;微懸臂的彈性系數(shù)，彈性系數(shù)越低，原子力顯微鏡越靈敏;懸臂的長度和激光光線的長度之比;探測器PSD對光斑位置的靈敏度。對于分辨率一定的圖像，掃描范圍越小，獲得的表面形貌越精細(xì)。

　　5、要對懸臂的彎曲量進(jìn)行精確測量，除了在原子力顯微鏡中使用光杠桿這個方法外，還有哪些方法可以達(dá)到相同數(shù)量級的測量精度?

　　對于懸臂彎曲的測量還可以采取電學(xué)方法，包括隧道電流法以及電容法。

　　隧道電流法根據(jù)隧道電流對電極間距離非常敏感的原理，將SIM用的針尖置于微懸臂的背面作為探測器，通過針尖與微懸臂間產(chǎn)生的隧道電流的變化就可以檢測由于原子間相互作用力令微懸臂產(chǎn)生的形變。

　　電容法通過測量微懸臂與一參考電極間的電容變化來檢測微懸臂產(chǎn)生的形變。