Kính hiển vi lực nguyên tử (Atomic force microscope, AFM) là một thiết bị quan sát cấu trúc vi mô bề mặt của vật rắn dựa trên nguyên tắc xác định lực tương tác nguyên tử giữa một đầu mũi dò nhọn với bề mặt của mẫu, có thể quan sát ở độ phân giải nanomet. AFM thuộc nhóm kính hiển vi quét đầu dò hoạt động trên nguyên tắc quét đầu dò trên bề mặt (hình 2.6).
Bộ phận chính của AFM là một mũi nhọn được gắn trên một cần rung (cantilever). Mũi nhọn thường được làm bằng Si hoặc SiN và kích thước của đầu mũi nhọn là một nguyên tử. Khi mũi nhọn quét gần bề mặt mẫu vật, sẽ xuất hiện lực Van der Waals giữa các nguyên tử tại bề mặt mẫu và nguyên tử tại đầu mũi nhọn (lực nguyên tử) làm rung thanh cantilever. Lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa đầu mũi dò và bề mặt của mẫu. Dao động của thanh rung do lực tương tác được ghi lại nhờ một tia laser chiếu qua bề mặt của thanh rung, dao động của thanh rung làm thay đổi góc lệch của tia laser và được detector ghi lại. Việc ghi lại lực tương tác trong quá trình thanh rung
quét trên bề mặt sẽ cho hình ảnh cấu trúc bề mặt của mẫu vật. Kính hiển vi lực nguyên tử có thể sử dụng cho các vật liệu không dẫn điện, đặc biệt là các phân tử sinh học và gốm, cho ta hình ảnh thực về hình thái bề mặt của tinh thể. Đầu dò (tip) của mẫu có thể thay đổi theo các tính chất vật lý: từ, tĩnh điện, tính kỵ nước, ma sát, modul đàn hồi,… AFM có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau,nhưng có thể chia làm các nhóm chế độ: chế độ tiếp xúc (contact mode), chế độ không tiếp xúc (non - contact mode) hoặc chế độ đánh dấu (tapping mode). Các phép đo hình ảnh cấu trúc ba chiều và hình thái bề mặt của mẫu được thực hiện trên hệ máy AFM XE - 100 thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
Hình 2.6. Mô phỏng kính hiển vi lực nguyên tử [8].