تقریبا ده سال پیش، رویای تجسم ساختار اتمی تک مولکولها تبدیل به واقعیت شد. تصاویر دیدنی کتاب ها از مولکول های جذب شده روی سطوح می تواند توسط یک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) با یک نوک اماده شده ایجاد شود.

این تکنیک با موفقیت زیادی به بسیاری از مولکول­های مختلف اعمال شده است، به محققان اجازه می دهد تا قدرت اتصالات در ساختار های مولکولی یا نظارت بر واکنش های شیمیایی سطح را تعیین کنند. در این ازمایشات , در طول یک تصویربرداری نوک AFM در یک ارتفاع ثابت می ماند, که مناسب برای مولکول های صاف یا تقریبا مسطح است، اما برای مولکول های غیر مسطح با توپوگرافی سه بعدی مناسب نیست. اکنون یک تیم به رهبری دانیل ابلینگ از دانشگاه Justus Liebig Giessen در آلمان نشان می دهد که AFM می تواند ساختار سه بعدی مولکول های غیر مسطح را تصویر کند. در رویکرد خود, یک جریان تونل زنی بین نوک AFM و نمونه ای که برای کنترل ارتفاع نوک استفاده می شد قرار می گیرد, به طوری که آن را به دقت توپوگرافی(مکان نگاری) مولکول را ردیابی می کند. این روش جدید می توانست تصویربرداری AFM را به یک سطح بسیار گسترده ای از مولکول ها گسترش دهد .

میکروسکوپ نیروی اتمی در سال 1986 ، چند سال پس از میکروسکوپ پویش تونلی (STM) اختراع شد. این تکنیک ها متعلق به خانواده پروب اسکن است که در آن نوک تیز یک سطح نمونه را برای تولید یک تصویر اسکن می کند. در حالی که STM از جریان تونل زنی که از طریق خلا جریان می یابد نوک را از نمونه جدا می کند تا تصاویر ایجاد شوند. AFM از نیرویی که سطح روی نوک اعمال می کند استفاده می کند. هر دو تکنیک را می توان به طور همزمان، به روش مکمل، با STM ارائه اطلاعات در مورد ساختار الکترونیکی نمونه و AFM در ساختار اتمی خود استفاده کرد

با AFM، بالاترین قدرت تفکیک فضایی در حالت به اصطلاح غیر تماسی بدست می آید, جایی که نوک AFM در واقع سطح نمونه را لمس نمی­کند, بدست می آید. در عوض، نوک بر روی یک دیاپازون کوارتز تنظیم می شود و به سمت بالا و پایین نوسان می کند. تغییرات رزونانس فرکانسی این نوسانگر برای نظارت بر نیروی سطح نوک استفاده می شود. عنصر کلیدی برای تصویربرداری مولکولی با وضوح بالا، استفاده از AFM با یک مولکول CO در نوک است . به نظر می رسد که علاوه بر تولید یک نوک تیز و مشخص این مولکول co مانند یک حسگر نیروی کوچک عمل می­کند با خم شدن در اثر نیروهای شیمیایی کوتاه برد. معمولا آزمایش در یک حالت ارتفاع ثابت کار می کند: نوک در یک سطح موازی با سطحی که در ان مولکول که در حال ثبت تغییر تشدید فرکانس نوسان دیاپازون است قرار می گیرد. برای فاصله های مولکول نوک از جند انگستروم , نیروهای شیمیایی کوتاه برد که اطلاعات ساختاری مولکولی را حمل می کنند، غالب می شوند و می توان تصویری را که منجر به ساختار پیوند مولکول می شود، بدست آورد.

این تکنیک برای بسیاری از مولکول های مسطح یا تقریبا مسطح استفاده شده است، اما زمانی که این تکنیک در مولکول هایی با توپوگرافی سه بعدی استفاده می شود، توانایی آن محدود می شود. دلیل آن را می توان از شکل 1 (چپ) درک کرد. هنگامی که تغییر فرکانس در ارتفاع ثابت کنترل می شود شرایط تصویر برداری بهینه تنها در نزدیکی نوک اجسام سه بعدی انجام می شود. در مناطق دیگر راس بیش ار حد برای یک سیگنال مفید دور است. در نتیجه، تنها یک تصویر ناقص از یک مولکول غیر مسطح به دست می آید. جزئیات ساختاری مهم را در محدوده مولکولی یا در قسمت های مولکولی که در ارتفاع های مختلف قرار دارند، از دست می دهند. این محدودیت تا حد زیادی تفسیر تصاویری از اشیاء سه بعدی را پیچیده می کند. یک راه حل طبیعی برای این مشکل این است که نوک AFM به دقت مکان نگاری( توپوگرافی) دنبال می کند، همانطور که در شکل 1 (سمت راست) نشان داده شده است. برای رسیدن به این هدف استراتژی های مختلفی پیشنهاد شده است، اما آنها همیشه شامل روش های پیچیده و دستگاه های اضافی می شوند.

تیم Giessen ، در کار خود این محدودیت ها را برطرف می کند و برای تصویربرداری از مولکول های سه بعدی غیر مسطح ، یک ستاپ بسیار ساده تر وگسترده تر نشان داد. روش انها بر اساس یک ستاپ استاندارد AFM بدون تماسی بود یکی از ساده ترین ها که می توان تصور کرد : به جای استفاده از AFM در حالت ارتفاع ثابت ,انها از حالت جریان تونل زنی ثابت از یک STM استفاده کردند. از انجایی که جریان تونل زنی بین نوک AFM و سطح به جدایی انها بستگی دارد , این تضمین می کند که ارتفاع نوک توپوگرافی مولکول را در حال اسکن کردن ردیابی می کند، اجازه حصول یک سیگنال مفید در همه جای مولکول را می­دهد.ساده ترین ایده ها اغلب بهترین هستند: تکنیک پیشنهادی می تواند در هر ستاپ AFM بدون تماسی بدون نیاز به ابزار پیشرفته اعمال شود.