Un microscopio de fuerza atómica (AFM) es un microscopio extremadamente preciso que toma imágenes de una muestra moviendo rápidamente una sonda con una punta del tamaño de un nanómetro a lo largo de su superficie. Esto es bastante diferente a un microscopio óptico que usa luz reflejada para obtener imágenes de una muestra. Una sonda AFM ofrece un grado de resolución mucho mayor que un microscopio óptico porque el tamaño de la sonda es mucho más pequeño que la longitud de onda más fina de la luz visible. En un vacío ultra alto, un microscopio de fuerza atómica puede obtener imágenes de átomos individuales. Sus capacidades de resolución extremadamente alta han hecho que el AFM sea popular entre los investigadores que trabajan en el campo de la nanotecnología.
A diferencia del microscopio de efecto túnel de barrido (STM), que obtiene imágenes de una superficie indirectamente midiendo el grado de efecto túnel cuántico entre la sonda y la muestra, en un microscopio de fuerza atómica, la sonda hace contacto directo con la superficie o mide la unión química incipiente entre la sonda y la muestra. .
El AFM utiliza un voladizo a microescala con una punta de sonda cuyo tamaño se mide en nanómetros. Un AFM funciona en uno de dos modos: modo de contacto (estático) y modo dinámico (oscilante). En modo estático, la sonda se mantiene quieta, mientras que en modo dinámico oscila. Cuando el AFM se acerca o hace contacto con la superficie, el voladizo se desvía. Por lo general, encima del voladizo hay un espejo que refleja un láser. El láser se refleja en un fotodiodo, que mide con precisión su desviación. Cuando la oscilación o la posición de la punta del AFM cambia, se registra en el fotodiodo y se crea una imagen. A veces se utilizan alternativas más exóticas, como interferometría óptica, sensores capacitivos o puntas de sonda piezorresistivas (electromecánicas).
Bajo un microscopio de fuerza atómica, los átomos individuales se ven como manchas difusas en una matriz. Para proporcionar este grado de resolución se requiere un entorno de vacío ultra alto y un voladizo muy rígido, lo que evita que se pegue a la superficie a corta distancia. La desventaja de un voladizo rígido es que requiere sensores más precisos para medir el grado de deflexión.
Los microscopios de túnel de barrido, otra clase popular de microscopios de alta precisión, generalmente tienen mejor resolución que los AFM, pero una ventaja de los AFM es que se pueden usar en un entorno ambiental líquido o gaseoso, mientras que un STM debe operar en alto vacío. Esto permite la obtención de imágenes de muestras húmedas, especialmente tejido biológico. Cuando se usa en vacío ultra alto y con un voladizo rígido, un microscopio de fuerza atómica tiene una resolución similar a un STM.