近 代 物 理 实 验 实 验 报 告 实 验 名 称 ： 原 子 力 显 微 镜 所 在 学 院 ： 物 理 与 电 子 学 院 专 业 班 级 ： 物 理 升 华 班 1301 学 生 姓 名 ： 黄 佳 清 学 生 学 号 ： 0801130117 指 导 教 师 ： 黄 迪 辉 中 南 大 学 近 代 物 理 实 验 报 告 -原 子 力 显 微 镜 实 验 报 告 --第 1页中 南 大 学 近 代 物 理 实 验 报 告 -原 子 力 显 微 镜 实 验 报 告 --第 1页一、 目的要求 (1) 了解原子力显微镜的工作原理。 (2) 初步掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法。 二、实验原理 1.基本原理 AFM是利用一个对力敏感的探针针尖与样品之间的相互作用力来实现表面成像的，工作原理如图1所示。将一个对微弱力极敏感的弹性微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品的表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的作用力（10-8～10-6 N），微悬臂会发生微小的弹性形变。针尖和样品之间的力F与微悬臂的形变△z之间遵循胡克定律（Hooke Law） F = k ·△z 其中，k为微悬臂的力常数。测定微悬臂形变量的大小，就可以获得针尖与样品之间作用力的大小。针尖与样品之间的作用力与距离有着强烈的依赖关系，所以在扫描过程中利用反馈回路保持针尖和样品之间的作用力恒定，即保持微悬臂的形变量不变，针尖就会随表面的起伏上下移动。记录针尖上下运动的轨迹即可得到样品表面形貌的信息。这种检测方式被称为“恒力”模式（Constant Force Mode），是AFM使用最广泛的扫描方式。 AFM 的图像也 可以使用“恒高 ”模式（Constant Height Mode）来获得，也 就是在x、y 扫描过程中，不使用反馈回路，保持针尖与参 考 水 平 面之间的距离恒定，检测器 直 接测量微悬臂z方向 的形变量来成像。这种方式由于不使用反馈回路，可以采 用更 高 的扫描速 度 ，通 常在观察 原子、分 子像时 用得比 较 多 ，而 对于表面起伏较 大的样品不适 合 。 图1 AFM 原理示意 图 中 南 大 学 近 代 物 理 实 验 报 告 -原 子 力 显 微 镜 实 验 报 告 --第 2页中 南 大 学 近 代 物 理 实 验 报 告 -原 子 力 显 微 镜 实 验 报 告 --第 2页2. AFM 的工作模式 当AFM的针尖与样品表面原子相互作用时，通常有几种力同...
