本专著主要面向高分辨的扫描探针显微技术，重点是原子力显微镜、开尔文探针力显微镜（KPFM）关键技术及典型应用领域，解决KPFM在测量过程中的耦合，提高系统的检测灵敏度，实现材料原子级高精度与高可靠性测量，为扫描探针技术在精密测量物理领域的基本常数高精度测量提供更为精准的工具和方法。

马宗敏，2013年于日本大阪大学获得博士学位，现供职于中北大学电子测试技术国防科技重点实验室，副教授。从事原子量子精密测量及传感应用、高分辨率原子力显微镜原子表征、纳米测试等研究。获得国家自然基金青年基金、国家自然基金重点基金、精密测量物理重大专项、国家自然基金中日国际合作项目、面上项目、山西省科学基金、省留学基金、武器装备预研基金等横、纵项目支持。相关研究成果发表于《Nanotechnology》、《Appl. Phys. Lett》、《Nanoscale Research Letters》、《J. Vac. Sci. Technol. B》、《物理学报》、《中国科学》等国内外著名期刊上。

前言 近年来，以扫描探针为代表的超高分辨量子精密测量技术取得了长足进展，是人类认识微观、纳观，甚至原子的“眼睛”，在三维形貌、电荷量、自旋等物理量测量方面，已经达到原子分辨率（小于10-10m）。盖尔德·宾尼(Gerd Bining)和海因里希·罗雷尔(Heinrich Rohrer) 的扫描隧道显微镜（STM），以及赫尔（Stefan Hell）、贝兹（Eric Betzig）等的超分辨荧光显微技术由于实现了对半导体、有机物的原子（纳米）分辨率成像而获得了诺贝尔物理学（化学）奖。因此，谁掌握了精密测量技术，谁就拥有了通向微观世界的钥匙。 高分辨开尔文探针力显微镜（KPFM）是基于原子力显微镜（AFM）的扫描探针技术（SPM），通过测量和改变探针和样品间的局域接触势能差（LCPD），实现了纳米甚至原子尺度的量子材料精确设计和控制，成为 “由下而上”制备原子级传感器、原子/分子开关、量子存储器等量子器件最关键的技术之一。 KPFM通过测量金属AFM探针和样品间LCPD进行高分辨功函数或材料表面成像。自从1991年由非内马赫（Nonnenmacher）等提出以来，KPFM已经广泛应用于金属纳米材料量子尺寸效应的电学特性表征、半导体纳米材料和表面电学特性分析与表征，以及半导体电子器件高分辨表面势能测量与表征。 在材料性能的极限测量与显微方面，目前，已实现半导体、绝缘体及导体材料的表面电荷分布、局域接触势能差、电荷间传输、三维静电力与力谱测量等纳米级或原子级电荷分辨率测量； 实现了带电粒子的高精度识别与控制（单电荷），为相关物理现象解析、原子尺度电荷操控提供了新的方法和技术。...