上個世紀(jì)發(fā)明的場離子顯微鏡可以直接進(jìn)行原子成像，與其他顯微鏡成像方式相比更別具一格，它能清晰地顯示樣品表層的原子排列和缺陷，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的原子力顯微鏡則可以對不同元素的原子逐個進(jìn)行分析，鑒定其元素類別，還可以給出納米空間中不同元素原子的分布圖形。
 

　　原子力顯微鏡由一個真空容器組成，被研究材料的樣品制成針尖形狀，其曲率半徑約為50nm，被固定在距離熒光屏大約50mm的位置。樣品被冷卻至深低溫，以減小原子的熱振動，使原子的圖像穩(wěn)定可辨，并接3～30kV正高壓作為陽極。儀器工作時，首先將容器抽到10-8Pa的真空度，然后通入氦氣、氖氣或氬氣等成像氣體至10-3Pa。在加上足夠高的電壓時，樣品附近的氣體原子發(fā)生極化和電離，氣體離子在電場作用下射向熒光屏產(chǎn)生亮斑，在熒光屏上即可顯示表層原子的清晰圖像，其中每一亮點都是單個原子的像。為了使圖像得到增強(qiáng)，在熒光屏前面放置一塊微通道板，當(dāng)氣體離子射入微通道板后，產(chǎn)生一束增強(qiáng)的二次電子，二次電子轟擊到熒光屏上產(chǎn)生一個增強(qiáng)的亮斑。

　　原子力顯微鏡可以用來做元素分布，主要是可以給出納米空間內(nèi)的元素三維分布情況，研究納米析出相或者納米團(tuán)簇、偏聚等問題，可以既給出原子位置又給出原子是什么，在此領(lǐng)域要比其它分析手段先進(jìn)很多。