自从诺贝尔奖得主扫描隧道显微镜(STM)的引入，以及Binnig、Quate和Gerber里程碑式的出版物中原子力显微镜(AFM)的发明，扫描探针显微镜领域已经远远超出了利用原子间力在纳米尺度上成像地形的范围。测量分子间作用力和观察原子的能力在科学上是诱人的。
单纯的地形成像并不总是能提供研究人员所需要的答案，而且表面拓扑往往与材料特性无关。由于这些原因，开发了先进的成像模式，以提供各种表面的定量数据。现在，许多材料的性能可以用原子力显微镜技术来测定，包括摩擦力、电作用力、电容、磁力、电导率、粘弹性、表面电位和电阻。
扫描隧道显微镜
扫描探针显微镜家族的发展始于1981年STM的最初发明。Gerd Binnig和Heinrich Rohrer在瑞士的IBM苏黎世研究实验室工作时开发了第一个可用的STM。这台仪器后来为宾尼和罗勒赢得了1986年的诺贝尔物理学奖。
原子力显微镜
的原子力显微镜(AFM)的开发是为了克服STM的一个基本缺点-它只能成像导电或半导体表面。AFM的优点是可以成像几乎任何类型的表面，包括聚合物、陶瓷、复合材料、玻璃和生物样品。
宾尼格、奎特和戈贝尔在1985年发明了AFM。他们最初的AFM是由一块镶在金箔上的钻石碎片组成的。金刚石尖端直接接触表面，原子间的范德华力提供了相互作用机制。检测悬臂的垂直运动是通过第二个尖端-放置在悬臂上方的STM。
原子力显微镜是如何工作的
类似于扫描隧道显微镜的工作原理，锋利的尖端是光栅扫描表面，使用反馈回路来调整成像表面所需的参数。与扫描隧道显微镜不同，原子力显微镜不需要导电样品。而不是使用量子力学的隧穿效应，原子力被用来映射针尖-样品的相互作用。
通常被称为扫描探针显微镜(SPM)，原子力显微镜技术几乎可以用于任何可测量的力相互作用——范德华、电、磁、热。对于一些更专业的技术，需要修改技巧和软件调整。
除了埃级定位和反馈回路控制，原子力显微镜通常包括两个组件:偏转和力测量。
AFM探针挠度
传统上，大多数原子力显微镜使用激光束偏转系统，激光从反射AFM杠杆的背面反射到位置敏感探测器上。AFM尖端和悬臂通常是由Si或Si微加工而成3.N4．典型的尖端半径在几到10s nm之间。
测量力
因为原子力显微镜依赖于尖端和样品之间的力，这些力影响AFM成像。力不是直接测量的，而是通过测量杠杆的挠度，知道悬臂的刚度来计算的。
胡克定律给出了:
F = -kz
其中F是力，k是杠杆的刚度，z是杠杆弯曲的距离。
原子力显微镜的反馈回路
原子力显微镜有一个利用激光偏转来控制力和尖端位置的反馈回路。如图所示，激光从包括AFM尖端的悬臂的背面反射过来。当尖端与表面相互作用时，光电探测器上的激光位置被用于反馈回路，以跟踪表面进行成像和测量。
