原子力显微镜（AFM)

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原子力显微镜（AFM）[考虑到STM技术只能用于导体或半导体的局限性。在1986年宾尼博士在斯坦福大学访问期间与奎特教授一起又提出了能否利用原子间的力的变化来观察样品表面的原子形貌的设想。所谓原子力，这里是指针尖与材料表面原子之间存在着极微弱的随距离变化的相互作用力。经过他们的努力，设想变成了现实，世界上第一台原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）诞生了。
在两个和多个原子之间，存在多种原子间作用力。按照其性质的不同可分为徘斥力或吸收力；长程力或短程力。平衡状态下典型的原子间距为0.2～0．3nm，小于这个间距时为排斥短程力，大于这个间距时为吸收力。原子力显微镜是依靠测量探针和样品表面的作用力来成像的。原子力显微镜的结构原理如图6－6.图中A是AFM待测样品，B是AFM针尖，C是STM的针尖，D是微杠杆（悬臂梁），E是为使微杠杆发生周期振动的调制压电晶体，用于调节隧道间隙。F为绝缘体。在AFM技术中，一般采用接触式模式，此时针尖与样品距离很小，针尖顶端原子和样品表面间的作用力是斥力。这种斥力会使悬臂向上弯曲，偏离其原来的位置。当样品扫描时（针尖不动），针尖在表面滑动，发生上下偏离，若测量出这一偏离量，既能得到原子级的表面形貌图。微悬臂的偏转有多种测量方法，比如隧道电流、电容法、干涉法等。
图1－8　原子力显微镜的结构原理图
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实际扫描时类似于STM的恒流模式，这里是控制作用力不变，微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面，而在垂直于样品表面的方向作起伏运动，由此获得样品表面形貌的信息。AFM不仅可以用来研究导体和半导体表面，还能以极高分辨率研究绝缘体表面，弥补了STM的不足。

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