原子力顯微鏡也是運(yùn)用了類(lèi)似的原理。如果我們用一根探針來(lái)靠近某個(gè)物體的表面，當(dāng)針尖與表面距離非常小時(shí)（一般在幾個(gè)納米左右），二者之間會(huì)存在一個(gè)微弱的相互作用。從圖2我們可以看到，針尖與物體表面之間的作用力大小和它們之間的距離直接相關(guān)，距離非常近時(shí)（一般小于零點(diǎn)幾納米）二者之間的力是相互排斥的，如果它們的距離略微增大，互相之間的作用力又會(huì)由排斥轉(zhuǎn)變?yōu)槲Ｒ簿褪钦f(shuō)，我們可以通過(guò)針尖與物體表面之間作用力的大小來(lái)計(jì)算二者之間的距 離，進(jìn)而探測(cè)物體表面的結(jié)構(gòu)。這種作用力實(shí)際上在任何兩個(gè)原子或者分子之間都能觀察到，稱(chēng)為范德華力，這也就是為什么這種儀器會(huì)被冠名“原子力”。

原子力顯微鏡的發(fā)明者巧妙地解決了這個(gè)難題。他們將一束激光投射到懸臂的上表面，激光被懸臂反射后又被檢測(cè)器接收。當(dāng)懸臂沒(méi)有受力時(shí)，我們可以調(diào)節(jié)激光的位置使得反射之后的激光光束恰好到達(dá)檢測(cè)器的中心并保持入射激光光束的位置不變。一旦懸臂由于受力而發(fā)生彎曲，經(jīng)懸臂反射到達(dá)檢測(cè)器的激光必然會(huì)偏離檢測(cè)器的中心。通過(guò)激光束的反射，懸臂的彎曲程度可以被放大 1000倍，[3]這樣我們就能夠準(zhǔn)確地測(cè)量出懸臂的彎曲程度（圖3）。我們可以再給針尖－懸臂－激光光束的完美組合配上一部精確控制的馬達(dá)，使得探針能 夠以非常小的尺度在物體表面上移動(dòng)，再加上必要的計(jì)算機(jī)軟件輔助，我們就能夠準(zhǔn)確地探測(cè)到物體表面的微觀結(jié)構(gòu)。

前面說(shuō)了這么多，很多朋友可能已經(jīng)等不及要一睹原子力顯微鏡的真面目吧？圖4展示的就是一臺(tái)很常見(jiàn)的原子力顯微鏡。也許有的朋友看過(guò)之后會(huì)失望：如此精密先進(jìn)的儀器卻是“其貌不揚(yáng)”！不過(guò)千萬(wàn)不要小瞧它的威力。讓我們來(lái)看看原子力顯微鏡“看”到的玻璃表面是什么樣子（圖5）。

圖4 一臺(tái)典型的原子力顯微鏡。