Принцип роботи

Схема роботи атомно-силового мікроскопа

Графік залежності сили Ван-дер-Ваальса від відстані між кантільовери і поверхнею зразка

Принцип роботи атомно-силового мікроскопа заснований на реєстрації силового взаємодії між поверхнею досліджуваного зразка і зондом. Як зонда використовується нанорозмірні вістря, що розташоване на кінці пружною консолі, званої кантільовери. Сила, діюча на зонд з боку поверхні, призводить до вигину консолі. Поява височин або западин під вістрям призводить до зміни сили, що діє на зонд, а значить, і зміні величини вигину кантільовери. Таким чином, реєструючи величину згину, можна зробити висновок про рельєф поверхні.

Під силами, що діють між зондом і зразком, в першу чергу мають на увазі дальнодействующіх сили Ван-дер-Ваальса, які спочатку є силами тяжіння, а при подальшому зближенні переходять в сили відштовхування.
Залежно від характеру дії сили між кантільовери і поверхнею зразка виділяють три режими роботи атомно-силового мікроскопа:

1. Контактний (англ. contact mode)

2. "Полуконтактний" (англ. semi-contact mode або tapping mode)

3. Безконтактний (англ. non-contact mode)

Тут необхідно пояснити, що саме береться за нуль відстані щоб уникнути плутанини. На наведеному малюнку нуль відповідає нульовому відстані між ядрами атома на поверхні і найбільш виступаючого атома кантільовери. Тому нуль сили знаходиться на кінцевій відстані, відповідному кордоні електронних оболонок цих атомів (при перекритті оболонок виникає відштовхування). Якщо взяти за нуль кордону атомів, то сила звернеться в нуль в нулі відстані.