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原子力显微镜（AFM）的原理是利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈信号，通过维持这种作用力的恒定，同时针尖在样品表面进行扫描，从而得知样品表面的高低起伏，进而获得样品表面的形貌信息。具体来说，AFM工作时，将一个对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近并轻轻接触样品表面。由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的相互作用力（如排斥力），这种力会使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。在扫描过程中，通过控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面，在垂直于样品的表面方向上进行起伏运动。为了检测这些微小的形变或位移，AFM通常采用光学检测法或隧道电流检测法。例如，可以利用激光照射微悬臂的尖端，四象限探测器检测出悬臂的偏转，进而通过电子学反馈系统使弯曲量保持一定，即控制扫描管的Z轴，使作用于针尖与样品间的力保持恒定。在扫描的同时，记录这些反馈信号，就可以得到样品表面的形貌信息。总的来说，原子力显微镜AFM通过检测针尖与样品表面原子间的微弱作用力，并以纳米级的分辨率呈现出样品的表面形貌结构信息及表面粗糙度信息，是研究物质表面结构与性质的一种先进仪器。
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