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How AFM Works

Atomic force microscopy is arguably the most versatile and powerful microscopy technology for studying samples at nanoscale. It is versatile because an atomic force microscope can not only image in three-dimensional topography, but it also provides various types of surface measurements to the needs of scientists and engineers. It is powerful because an AFM can generate images at atomic resolution with angstrom scale resolution height information, with minimum sample preparation.

So, how does an AFM work? In this page, we introduce you to the principles of an AFM with an easy to understand video animations. Feel free to share this page with others, and to email us if you have any questions.


原子力显微镜的原理

纳米世界
纳米,源自希腊语中“微小的”一词,相当于任何尺度乘以10-9。所以, 一纳米就是十亿分之一米。在这个尺度里,人们才开始考虑分子间作用力和量子效应。为了更好的理解纳米尺度,请想象一下原子相对于苹果的大小,同时也是苹果对于地球的大小。原子力显微镜(AFMs)给了我们打开了一扇通往纳米世界的窗户。

原子力显微镜的原理
- 表面传感
原子力显微镜运用悬臂末端锐利的针尖来扫描样品表面。当探针接近样品表面时,样品与针尖之间的短程吸引力吸引针尖向表面移动。然而,当表面和针尖直接接触时,排斥力将会增大并占主导作用使悬臂向上弯曲。

- 检测方法
激光束被用于检测悬臂是靠近还是远离表面。入射光束被悬臂平顶上表面反射到位敏光电二极管(PSPD)中,用来检测悬臂弯曲所导致的反射光束位置的轻微改变。当针尖通过凸起的表面形态形貌时,悬臂的弯曲和相应的反射激光束的变化都会被PSPD记录下来。

- 成像
原子力显微镜通过运用悬臂对特定区域的扫描来完成样品表面形貌成像。位敏光电二极管检测样品表面高低起伏的形貌所导致的悬臂弯曲,并通过反馈回路控制针尖在表面的高度来稳定激光位置,最终可以形成一幅精确的表面形貌像。

 

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