Ein Rasterkraftmikroskop (AFM) ist ein extrem präzises Mikroskop, das eine Probe durch schnelles Bewegen einer Sonde mit einer nanometergroßen Spitze über ihre Oberfläche abbildet. Dies ist ganz anders als bei einem optischen Mikroskop, das reflektiertes Licht verwendet, um eine Probe abzubilden. Eine AFM-Sonde bietet eine viel höhere Auflösung als ein optisches Mikroskop, da die Größe der Sonde viel kleiner ist als die feinste Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Im Ultrahochvakuum kann ein Rasterkraftmikroskop einzelne Atome abbilden. Sein extrem hohes Auflösungsvermögen hat das AFM bei Forschern auf dem Gebiet der Nanotechnologie beliebt gemacht.
Anders als beim Rastertunnelmikroskop (STM), das eine Oberfläche indirekt über die Messung des Quantentunnelgrades zwischen Sonde und Probe abbildet, hat die Sonde beim Rasterkraftmikroskop entweder direkten Kontakt mit der Oberfläche oder misst eine beginnende chemische Bindung zwischen Sonde und Probe .
Das AFM verwendet einen mikroskaligen Cantilever mit einer Sondenspitze, deren Größe in Nanometern gemessen wird. Ein AFM arbeitet in einem von zwei Modi: Kontaktmodus (statisch) und dynamischer (schwingender) Modus. Im statischen Modus wird die Sonde still gehalten, während sie im dynamischen Modus schwingt. Wenn das AFM in die Nähe der Oberfläche gebracht wird oder die Oberfläche berührt, verbiegt sich der Ausleger. Normalerweise befindet sich oben auf dem Ausleger ein Spiegel, der einen Laser reflektiert. Der Laser reflektiert auf eine Fotodiode, die seine Auslenkung präzise misst. Wenn sich die Schwingung oder Position der AFM-Spitze ändert, wird dies in der Photodiode registriert und ein Bild aufgebaut. Manchmal werden exotischere Alternativen wie optische Interferometrie, kapazitive Abtastung oder piezoresistive (elektromechanische) Tastspitzen verwendet.
Unter einem Rasterkraftmikroskop sehen einzelne Atome wie verschwommene Kleckse in einer Matrix aus. Um diesen Auflösungsgrad bereitzustellen, sind eine Ultrahochvakuumumgebung und ein sehr steifer Ausleger erforderlich, der verhindert, dass er im Nahbereich an der Oberfläche haftet. Der Nachteil eines steifen Cantilevers besteht darin, dass präzisere Sensoren erforderlich sind, um den Grad der Durchbiegung zu messen.
Rastertunnelmikroskope, eine weitere beliebte Klasse von Hochpräzisionsmikroskopen, haben normalerweise eine bessere Auflösung als AFMs, aber ein Vorteil von AFMs besteht darin, dass sie in einer flüssigen oder gasförmigen Umgebung verwendet werden können, während ein STM im Hochvakuum betrieben werden muss. Dies ermöglicht die Bildgebung von nassen Proben, insbesondere von biologischem Gewebe. Beim Einsatz im Ultrahochvakuum und mit einem steifen Ausleger hat ein Rasterkraftmikroskop eine ähnliche Auflösung wie ein STM.