Ett atomkraftmikroskop (AFM) är ett extremt exakt mikroskop som avbildar ett prov genom att snabbt flytta en sond med en nanometerstor spets över dess yta. Detta är helt annorlunda än ett optiskt mikroskop som använder reflekterat ljus för att avbilda ett prov. En AFM-sond erbjuder en mycket högre upplösningsgrad än ett optiskt mikroskop eftersom storleken på sonden är mycket mindre än den finaste våglängden av synligt ljus. I ett ultrahögt vakuum kan ett atomkraftsmikroskop avbilda enskilda atomer. Dess extremt höga upplösningsförmåga har gjort AFM populär bland forskare som arbetar inom nanoteknik.
Till skillnad från scanning tunneling microscope (STM), som avbildar en yta indirekt genom att mäta graden av kvanttunnel mellan sonden och provet, i ett atomkraftmikroskop får sonden antingen direktkontakt med ytan eller mäter begynnande kemisk bindning mellan sonden och provet. .
AFM använder en konsol i mikroskala med en sondspets vars storlek mäts i nanometer. En AFM fungerar i ett av två lägen: kontaktläge (statiskt) och dynamiskt (oscillerande) läge. I statiskt läge hålls sonden stilla, medan den i dynamiskt läge oscillerar. När AFM förs nära eller kommer i kontakt med ytan, böjs konsolen. Vanligtvis finns en spegel ovanpå konsolen som reflekterar en laser. Lasern reflekterar mot en fotodiod, som exakt mäter dess avböjning. När oscillationen eller positionen för AFM-spetsen ändras registreras den i fotodioden och en bild byggs upp. Ibland används mer exotiska alternativ, såsom optisk interferometri, kapacitiv avkänning eller piezoresistiva (elektromekaniska) sondspetsar.
Under ett atomkraftsmikroskop ser enskilda atomer ut som luddiga bläckar i en matris. För att ge denna upplösningsgrad krävs en miljö med ultrahögt vakuum och en mycket styv konsol, som förhindrar att den fastnar på ytan på nära håll. Nackdelen med en styv cantilever är att den kräver mer exakta sensorer för att mäta graden av nedböjning.
Skannande tunnelmikroskop, en annan populär klass av högprecisionsmikroskop, har vanligtvis bättre upplösning än AFM, men en fördel med AFM är att de kan användas i en vätske- eller gasmiljö medan en STM måste arbeta i högvakuum. Detta möjliggör avbildning av våta prover, särskilt biologisk vävnad. När det används i ultrahögt vakuum och med en styv konsol har ett atomkraftmikroskop liknande upplösning som ett STM.