原子力显微镜的工作原理

1.AFM的工作原理

在AFM上有一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂(Cantilever)上的极细探针(Probe)，当针尖非常接近样品表面时,就在针尖—样品之间产生极微弱的作用力(吸引或排斥力)，引起微悬臂偏转。根据物理学原理，施加到微悬臂末端力的表达式为

F=KΔZ

式中,ΔZ表示针尖相对于试样间的距离，K为微悬臂的弹性系数。力的变化均可以通过微悬臂被检测。根据力的检测方法，AFM可以分成两类：一类是检测探针的位移；另一类是检测探针的角度变化[1]。由于后者在Z方向上的位移是通过驱动探针来自动跟踪样品表面形状，因此受到样品的重量及形状大小的限制比前者小。

在扫描时控制这种针尖—样品之间的作用力恒定，带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面，在垂直于样品表面方向上起伏运动，通过光电测系统(通常利用光学、电容或隧道电流方法)对微悬臂的偏转进行扫描（图1），测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，将信号放大与转换从而得到样品表面原子级的三维立体形貌图像。