掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）都屬于掃描探針顯微鏡（scanning probe microscopy,SPM)大家庭誕生較早（STM 出生于1982年，是**個(gè)掃描探針顯微鏡，AFM出生于1986/87年，兩者都是Binning et al.首創(chuàng))有兩種代表性。

下圖從三個(gè)方面簡(jiǎn)要描述了掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的一些特點(diǎn)：

掃描（scanning）：用于成像的探針在樣品表面移動(dòng)指顯微鏡。通常有以下兩種模式：

constant interaction mode: 保持針尖和樣品表面的相互作用(隧道電流)STM，原子間力之于AFM）值是恒定的，通常與針尖和表面之間的距離有關(guān)。當(dāng)針尖在時(shí)xy當(dāng)軸向移動(dòng)時(shí)，為了保持電流或原子間作用力的值不變，探針(或樣品表面)將在樣品表面波動(dòng)z調(diào)整軸向方向，其運(yùn)動(dòng)軌跡可形成反應(yīng)表面拓?fù)湫再|(zhì)的圖像。constant height mode：保持針尖和樣品表面距離不變（z值不變)，針尖在xy軸方向運(yùn)動(dòng)，針尖和樣品表面的相互作用的值會(huì)發(fā)生變化，其數(shù)值經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化可以形成圖像反應(yīng)表面結(jié)構(gòu)。

探針（probe）：常用的探針有兩種

cantilever based probe：用于AFM。不能直接測(cè)量原子間作用力，AFM使用的探針是一個(gè)附著在彈性懸臂上的小針尖，可以反射激光。隨著針尖的移動(dòng)，針尖和樣品表面的力使懸臂略有彎曲，導(dǎo)致激光反射路徑的變化，從而獲得樣品的表面形狀。conducting probe：用于STM。因?yàn)榉答佇盘?hào)是隧道電流，要求針尖和樣品都要導(dǎo)電，所以STM金屬是常用的探針（Au，W，Pt，Pt-Ir合金等)。而且電流可以直接和準(zhǔn)確地檢測(cè)，所以一般金屬絲可以滿足需求。

顯微成像（microscopy）：既然叫顯微鏡，更重要的當(dāng)然是成像，圖像2D 3D都可以，挺酷的。當(dāng)然，除了成像，SPM也可用于檢測(cè)各種譜。AFM檢測(cè)力曲線，STM測(cè)量隧道電流隨距離的變化。

各種SPM技術(shù)的主要區(qū)別在于技術(shù)feedback signal(反饋信號(hào)？)差異。

STM的feedback signal是tunneling current（隧道電流）。這是一種基于量子隧道效應(yīng)的現(xiàn)象——探針尖的波函數(shù)和基底原子之間的波函數(shù)在非常接近時(shí)相互疊加，可以使電子突破能量屏障，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，從而在針尖和基底之間形成隧道電流。電流尺寸與針尖和基底之間的距離（指數(shù)關(guān)系）有關(guān)。通過(guò)保持針尖的相對(duì)高度，監(jiān)測(cè)掃描表面時(shí)電流尺寸的變化（constant height mode）或保持電流值不變，檢測(cè)針尖掃過(guò)表面時(shí)的軌跡（constant current mode），可以成像。因?yàn)闇y(cè)量的是電流，所以STM樣品要導(dǎo)電。原理如下圖所示:

AFM的feedback signal它是針尖與樣品表面原子之間的相互作用力（因此被稱為原子力顯微鏡）。相互作用力有很多種，如靜電、范德瓦爾斯力等n多種，所以AFM不導(dǎo)電的樣品可以觀察到。然而，這種相互作用力不能像電信號(hào)那樣直接檢測(cè)，因此AFM在針尖上使用激光。當(dāng)針尖因原子間力（重力和排斥力）而振動(dòng)時(shí)，激光反射會(huì)相應(yīng)變化。根據(jù)針尖是否與樣品表面接觸，AFM可以分為contact mode和tapping mode目前還有兩種新的mode被開(kāi)發(fā)出來(lái)(在下一組中使用一種新的mode，因?yàn)锳FM樣品不必具有導(dǎo)電性，因此AFM可用于檢測(cè)生物樣品，DNA RNA蛋白質(zhì)，甚至細(xì)胞(實(shí)際上，STM也可以檢測(cè)生物分子)。但由于技術(shù)限制，檢測(cè)細(xì)胞的分辨率尚未達(dá)到分子尺度。