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原子力显微镜（AFM）使用微悬臂梁来感测和放大悬臂上的尖锐探针与被测样品原子之间的力，从而达到原子分辨率检测的目的。由于原子力显微镜可以同时观察导体和非导体，因此可以弥补扫描隧道显微镜的缺点。
原子力显微镜的基本原理是固定对弱力敏感的微悬臂梁的一端，并在另一端有一个小端。由于端与样品表面之间的弱的排斥力，针尖与样品表面轻微接触。通过在扫描期间控制该恒定力，具有端的微悬臂梁将在垂直于样品表面的方向上波动。
该方向对应于端和样品表面之间的力的等势面。使用光学检测或隧道电流检测，可以测量对应于每个扫描点的微悬臂梁的位置，从而可以获得表面形貌信息。我们使用原子力显微镜采用激光束偏转力检测（Laser-AFM）来解释其工作原理。
自激光二管的激光束由悬臂背面的光学系统聚焦，并从微悬臂梁的背面反射到由光电二管组成的光斑探测器。在样品扫描期间，由于样品表面上的原子与微悬臂梁探针端处的原子之间的相互作用。
微悬臂梁将随着样品的表面形貌弯曲和起伏，并且反射光束也将相应地移动因此穿过光电二管。通过检测斑点位置的变化，可以获得关于待测样品的表面形貌的信息。
在系统检测和成像的整个过程中，探针和待测样品之间的距离总是在纳米级（10e-9米）。如果距离太大，则无法获得样品表面上的信息。如果距离太小，探头将被损坏并进行测试。
反馈回路的功能是在工作过程中通过探头获得探头 - 样品相互作用的强度，以改变在样品扫描仪的垂直方向上施加的电压，从而使样品拉伸，调节探针并且是测量样品之间的距离，进而控制探针 - 样品相互作用的强度以实现反馈控制。
因此，反馈控制是系统的核心工作机制。该系统使用数字反馈控制回路。用户通过在控制软件的参数工具栏中设置参考电流，积分增益和比例增益参数来控制反馈回路的特性。
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