AFM est un type de microscopie de sonde à balayage (SPM), dont la résolution démontrée est de l’ordre de fractions de nanomètre, soit plus de 1000 fois supérieure à la limite de diffraction optique. Les informations sont recueillies en « effleurant » ou en « touchant » la surface avec une sonde mécanique. Les éléments piézoélectriques qui facilitent des mouvements minuscules mais précis sur commande (électronique) permettent un balayage précis.
L’AFM possède trois capacités majeures : la mesure de force, l’imagerie topographique et la manipulation.
Dans la mesure de la force, les AFM peuvent être utilisés pour mesurer les forces entre la sonde et l’échantillon en fonction de leur séparation mutuelle. Cette mesure peut être appliquée à la spectroscopie de force, pour mesurer les propriétés mécaniques de l’échantillon, telles que le module d’Young de l’échantillon, une mesure de la rigidité.
Pour l’imagerie, la réaction de la sonde aux forces que l’échantillon lui impose peut être utilisée pour former une image de la forme tridimensionnelle (topographie) de la surface d’un échantillon à haute résolution. Ceci est réalisé en balayant la position de l’échantillon par rapport à la pointe et en enregistrant la hauteur de la sonde qui correspond à une interaction constante entre la sonde et l’échantillon (voir la section imagerie topographique en AFM pour plus de détails). La topographie de la surface est généralement affichée sous la forme d’un tracé en pseudo-couleurs.
Dans la manipulation, les forces entre la pointe et l’échantillon peuvent également être utilisées pour modifier les propriétés de l’échantillon de manière contrôlée. La manipulation atomique, la lithographie par sonde à balayage et la stimulation locale des cellules en sont des exemples.
Simultanément à l’acquisition d’images topographiques, d’autres propriétés de l’échantillon peuvent être mesurées localement et affichées sous forme d’image, souvent avec une résolution tout aussi élevée. Il s’agit par exemple de propriétés mécaniques comme la rigidité ou la force d’adhérence et de propriétés électriques comme la conductivité ou le potentiel de surface. En fait, la majorité des techniques SPM sont des extensions de l’AFM qui utilisent cette modalité.
