Atomivoimamikroskooppi (AFM) on erittäin tarkka mikroskooppi, joka kuvaa näytettä siirtämällä nopeasti anturia, jonka kärki on nanometrin kokoinen. Tämä on aivan eri asia kuin optinen mikroskooppi, joka käyttää heijastunutta valoa näytteen kuvaamiseen. AFM -anturi tarjoaa paljon korkeamman resoluution kuin optinen mikroskooppi, koska anturin koko on paljon pienempi kuin näkyvän valon hienoin aallonpituus. Erittäin korkeassa tyhjiössä atomivoimamikroskooppi voi kuvata yksittäisiä atomeja. Sen erittäin korkean resoluution ansiosta AFM on suosittu nanotekniikan alalla työskentelevien tutkijoiden keskuudessa.
Toisin kuin skannaava tunnelimikroskooppi (STM), joka kuvaa pintaa epäsuorasti mittaamalla anturin ja näytteen välinen kvanttitunnelointiaste, atomivoimamikroskoopissa anturi joko koskettaa suoraan pintaa tai mittaa alkavan kemiallisen sidoksen koettimen ja näytteen välillä .
AFM käyttää mikroskaalan uloketta, jossa on anturin kärki, jonka koko mitataan nanometreinä. AFM toimii yhdessä kahdesta tilasta: kontaktitila (staattinen) ja dynaaminen (värähtelevä) -tila. Staattisessa tilassa anturi pidetään paikallaan, kun taas dynaamisessa tilassa se värähtelee. Kun AFM tuodaan lähelle pintaa tai koskettaa sitä, ulokkeet taipuvat. Yleensä konsolin päällä on peili, joka heijastaa laseria. Laser heijastuu fotodiodiin, joka mittaa tarkasti sen taipuman. Kun AFM -kärjen värähtely tai sijainti muuttuu, se rekisteröidään valodiodiin ja kuva rakennetaan. Joskus käytetään eksoottisempia vaihtoehtoja, kuten optista interferometriaa, kapasitiivista tunnistusta tai pietsoresistiivisiä (sähkömekaanisia) koettimen kärkiä.
Atomivoimamikroskoopin alla yksittäiset atomit näyttävät matriisin sumeilta möykkyiltä. Tämän resoluution saavuttamiseksi tarvitaan erittäin korkea tyhjiöympäristö ja erittäin jäykkä uloke, joka estää sen tarttumasta pintaan läheltä. Jäykän ulokkeen haittapuoli on se, että vaaditaan tarkempia antureita taipuman mittaamiseksi.
Skannaavat tunnelointimikroskoopit, toinen suosittu korkean tarkkuuden mikroskooppien luokka, ovat yleensä parempaa resoluutiota kuin AFM: t, mutta AFM: ien etuna on, että niitä voidaan käyttää neste- tai kaasuympäristössä, kun taas STM: n on toimittava suuressa tyhjiössä. Tämä mahdollistaa kosteiden näytteiden, erityisesti biologisen kudoksen, kuvantamisen. Käytettäessä erittäin korkeassa tyhjiössä ja jäykällä ulokkeella atomivoimamikroskoopilla on samanlainen resoluutio kuin STM: llä.