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與STM類似，在AFM中，使用對(duì)微弱力非常敏感的彈性懸臂上的針尖對(duì)樣品表面作光柵式掃描。當(dāng)針尖和樣品表面的距離非常接近時(shí)，針尖的原子與樣品表面的原子之間存在極微弱的作用力(10-12~10-6N)，此時(shí)，微懸臂就會(huì)發(fā)生微小的彈性形變。針尖與樣品之間的力F與微懸臂的形變之間遵循虎克定律:F=-k*x ，其中，k為微懸臂的力常數(shù)。所以，只要測(cè)出微懸臂形變量的大小，就可以獲得針尖與樣品之間作用力的大小。
針尖與樣品之間的作用力與距離有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系，所以在掃描過程中利用反饋回路保持針尖與樣品之間的作用力恒定，即保持為懸臂的形變量不變，針尖就會(huì)隨樣品表面的起伏上下移動(dòng)，記錄針尖上下運(yùn)動(dòng)的軌跡即可得到樣品表面形貌的信息。這種工作模式被稱為"恒力"模式(Constant Force Mode)，是使用廣泛的掃描方式。
AFM的圖像也可以使用"恒高"模式(Constant Height Mode)來獲得，也就是在X，Y掃描過程中，不使用反饋回路，保持針尖與樣品之間的距離恒定，通過測(cè)量微懸臂Z方向的形變量來成像。這種方式不使用反饋回路，可以采用更高的掃描速度，通常在觀察原子、分子像時(shí)用得比較多，而對(duì)于表面起伏比較大的樣品不適用。
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