原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种高分辨率的显微镜，可以用于观察样品表面的拓扑结构和表征其物理性质。下面是原子力显微镜的基本工作原理：

探针：原子力显微镜使用一根非常细小的探针，通常是针尖直径在纳米尺度范围内。探针通常由硅或金刚石等材料制成，并在其末端具有一个非常小的尖端。

探针探测力：AFM探针通过悬臂梁或柱形探针支撑在样品表面上，调整到非常接近的距离。由于原子间力的作用，探针与样品表面之间存在相互作用力，包括吸附力、排斥力和万有引力等。

探针运动和力探测：AFM探针以非接触或接触模式在样品表面上进行扫描。在非接触模式下，探针振动在样品表面上方，通过测量探针的振幅和频率变化来获取样品表面的拓扑信息。在接触模式下，探针与样品直接接触，并通过探测器测量在探针与样品之间的力变化。

力控制和反馈系统：原子力显微镜通过一个反馈系统来保持探针与样品之间的恒定力。在扫描过程中，控制系统通过调整探针的位置，使得探针与样品之间的力保持在设定的值，从而实现对样品表面的高精度测量。

数据采集和图像重建：AFM通过记录探针位置和力传感器的信号来获取样品表面的拓扑信息。这些数据经过处理和分析，可以生成样品表面的图像，并显示出样品表面的高度和形貌特征。

附加模式和测量：除了拓扑测量外，原子力显微镜还可以进行其他测量，如摩擦力、磁力、电流和电势等物理性质的测量。通过在探针上附加特定的探测器和激励源，可以实现不同类型的测量和分析。

原子力显微镜的工作原理基于探针与样品之间的相互作用力，通过精确控制和测量这些力的变化，可以获得高分辨率的样品表面信息。AFM在纳米尺度下具有非常高的分辨率和灵活性，广泛应用于材料科学、纳米技术、生物学等领域的研究和表征。