براي مشاهده پديدهها و درك اثراتي كه در ابعاد نانو رخ میدهند، نه تنها به چشم غيرمسلح نميتوان تكيه كرد، بلكه از ميكروسكوپهاي نوری رایج كه در آزمايشگاهها وجود دارند نيز نميتوان استفاده کرد. با میکروسکوپهای نوری معمولی نمیتوان اجسامی که کوچکتر از نصف طولموج هستند را مشاهده کرد. بنابراین برای دیدن اجسام کوچکتر از صد نانومتر باید روشهای جایگزین پیدا کنیم. یکی از این راهها استفاده از امواج با طولموجهای کوچکتر از 100 نانومتر است، مانند استفاده از میکروسکوپ الکترونی. روش دیگر روبش سطح بهوسیله میکروسکوپهای پروبی پویشی است.
میکروسکوپ تونلی روبشی
میکروسکوپ تونلی روبشی، اولین عضو از خانواده میکروسکوپهای پروبی روبشی به شمار میآید. این میکروسکوپ در سال 1981 میلادی بهوسیله دو تن از محققین سوئیسی به نامهای گرد کارل بینیگ و هاینرک رورر، در آزمایشگاه تحقیقاتی شرکتIBM شهر زوریخ سوئیس اختراع شد. پنج سال بعد، به خاطر اختراع میکروسکوپ تونلزنی پویشی به آنها جایزه نوبل اعطاء گردید. میکروسکوپ تونلی پویشی بر اساس روبش سطح، به وسیله پروب بسیار باریک در حد چند نانومتر و تغییر در میزان جریان عبوری بر حسب فاصله کار میکند. این میکروسکوپ میتواند تصویری از سطح با قدرت تفکیک بالا در مقیاس اتمی تهیه کند. سر تیغه میکروسکوپ تونلی یک رسانای الکتریسیته است و تا آنجا که ممکن است تیز میشود تا یک تک اتم ایدهآل و خالص در نوک تیغه حضور داشته باشد. وقتی که نوک تیز به فاصله یک نانومتری نمونه میرسد، الکترونهای نمونه شروع به عبور از فاصله یک نانومتری به درون نوک و بر عکس (از نوک به نمونه) میکنند، که این دو فرآیند بستگی به علامت ولتاژ دارد. برای اینکه تونلزنی به وقوع بپیوندد، هم نمونه و هم نوک تیرک بایستی رسانا باشند. نتیجه حرکت این تیغه روی سطح به شکل سطحی ناهموار در کامپیوتر ثبت میشود. باید توجه داشت که میکروسکوپهای تونلی پویشی برای مطالعه و تصویربرداری نمونههای عایق مناسب نمیباشند. شکل زیر برهمکنش سوزن و نمونه و برقراری جریان تونلی در فاصله آنگسترومی سوزن از سطح نمونه را نشان میدهد.

میکروسکوپ نیروی اتمی مانند دیگر اعضای خانواده میکروسکوپهای پروبی روبشی (SPM)، سطح نمونه را توسط یک سوزن تیز حس میکند. سر نوک تیز روی یک اهرم انعطافپذیر (کانتیلور) سوار شده است که امکان حرکت آن روی سطح را فراهم میکند. وقتی که نوک تیغه روی نمونه حرکت میکند نیروهای موثر بر نوک تیغه حرکت کانتیلور را کنترل میکنند. نیروهای بین سوزن و سطح نمونه باعث خم شدن یا انحراف کانتیلور میشود. به منظور مشاهده و درک جابجایی آن، نور لیزری به پشت کانتیلور میتابد و با خم شدن کانتیلور انعکاس نور لیزر توسط آشکارساز نوری شناسایی میشود و نیروهای بین نمونه و سوزن را اندازهگیری میکند. انتقال انحرافات سوزن به کامپیوتر، امکان تولید تصویر سطح را فراهم میسازد. به بیان دقیقتر، AFM با اندازهگیری نیروهای میان سر سوزن و نمونه، که برایند نیروهای جاذبه و دافعه میان اتمها هستند، کار میکند. میکروسکوپ نیروی اتمی میتواند به روشهای مختلفی عمل کند، مانند: حالت تماسی و حالت غیر تماسی.

میکروسکوپ نوری پویشی میدان نزدیک یک ابزار قدرتمند است که توانسته است بر محدودیتهای موجود در مشاهده مواد در مقیاس نانو توسط نور، به علت محدودهی طولموج نور مرئی، غلبه کند. در این میکروسکوپ، نور از یک روزنه کوچک نزدیک به نمونه، از سطح آن عبور میکند. تفاوت میکروسکوپ نوری پویشی میدان نزدیک و دیگر میکروسکوپها در این است که در اینجا اطلاعات نوری است که بین نوک تیز میکروسکوپ و نمونه رد و بدل میشود.
