ナノトライボロジー
ここで k はカンチレバーのばね定数、ΔV はフォトディテクタが出力する電気信号で、カンチレバーの変位と直接比例している。σ はAFMの光てこ感度である。
水平力の測定にはFFMが用いられる。この装置は基本的にAFMと同様の構造を持っており、異なるのは探針先端が水平力(ここでは摩擦力)によって軸に対して横向きに動く点である。その結果カンチレバーにねじりが生まれる。変形しすぎて探針の先端以外の箇所が表面に触れることはないように制御されている。ねじれ量は常にフォトディテクタによって測定されており、以下の式で摩擦力に変換される。
F frictional = Δ V k φ 2 h eff δ {\displaystyle F_{\text{frictional}}={{\Delta Vk_{\phi }} \over {2h_{\text{eff}}\delta }}}
ここで ΔV はフォトディテクタの出力電圧、kΦ はカンチレバーのねじりばね定数、heff は探針の長さとカンチレバーの厚さの和、δ は横たわみ感度である。
探針先端が受ける荷重はカンチレバーの変形によって特定可能であり、荷重を制御量とするモードで測定が行われる。しかしその場合、カンチレバーのスナップインやスナップアウトが起こる距離では安定な測定が行えない。
このような不安定性を回避するには変位を制御量とする方式がある。界面力顕微鏡はその一つである。
測定中、探針が常に試料と接触している方式をコンタクトモード(スタティックモード)と呼び、それに対して探針を振動させる方式をタッピングモード(ダイナミックモード)と呼ぶ。探針によって変形や破損(摩耗)を受けない硬い試料に対しては、一般にコンタクトモードが用いられる。柔らかい材料では摩耗を最小限に抑えるためタッピングモードが用いられる。タッピングモードでは、探針はピエゾ素子によってカンチレバーの共振周波数(70-400 kHz程度)で加振され、周期的に試料表面を叩く(タップする)。その振幅はおよそ20-100 nmとなり、この範囲では探針先端が試料に凝着することはない。
原子間力顕微鏡は試料の硬さやヤング率を測定するためのナノ圧子として使用できる。この用途ではダイヤモンド製の探針が用いられる。探針は約2秒にわたって表面に押し付けられ、その後荷重を変更しながら同じ手順を繰り返す。最大荷重を圧痕の投影面積で割ると硬さが得られるが、盛り上がり(パイルアップ)や沈み込み(シンクイン)があると正確な圧子断面積が求められない場合がある。試料の剛性とヤング率、ポアソン比、および圧痕面積の関数の間の関係を与えるOliver-Pharr法を用いればヤング率が計算できる。