综述：看见无形：基于声学原子力显微镜的纳米成像技术

本综述系统阐述声学原子力显微镜（Acoustic AFM）技术，该技术融合超声波无损穿透性与AFM纳米级分辨率优势，突破传统成像对亚表面纳米结构"不可见"的限制，在半导体器件检测、功能材料表征及活体系统监测领域展现巨大潜力。

　　

框架系统与多重创新

声学原子力显微镜作为集微纳器件、机械结构、光电系统与控制算法于一体的精密系统，其成像质量核心依赖于探针、光电探测器、PID控制器等关键组件的优化。该系统通过多模态激励（压电陶瓷激励、声波导传输、光热激发等）实现声场-探针-样品的多物理场耦合，最新进展包括双频共振追踪技术、自适应逆控制算法和人工智能辅助的信号解析系统，显著提升了对复杂结构样品的成像可靠性。

对比机制与多组分解析

超声波从样品底部向上传播时经历换能器-样品界面的声阻抗失配损耗，与亚表面纳米结构发生透射、散射、衍射和模式转换等相互作用。探针检测的振幅衰减、频率偏移、相位跃变和能量耗散等参数，通过接触共振谱（CRS）、局部弹性模量映射和能量耗散谱等算法，可反演出亚表面特征的机械性能（弹性模量、粘弹性）、结构边界和成分分布。当前模型与实验间仍存在频移定量偏差、热耗散机制不明确等科学问题。

融合应用与多元局限

在半导体领域，声学AFM成功实现对硅基芯片埋入式沟道结构（5 nm分辨率）、二维材料异质结界面的缺陷识别；在功能材料方面，完成对复合材料界面结合强度、钙钛矿晶体载流子扩散行为的定量表征；在生命科学领域，实现对红细胞内疟原虫、细胞器亚结构的无损动态监测。但技术仍受限于生物样本的水合态维持、高频超声的热效应损伤、复杂异构体的信号串扰等挑战。

结论与未来展望

声学AFM亚表面成像横向分辨率已达5 nm，纵向分辨率达埃级。未来将聚焦于量子传感与人工智能的深度融合：通过开发纳米级涨落模型、多模态探针（如碳纳米管探针）、高通量数据处理算法，最终实现宽场、超高时空分辨率的实时动态无损监测，推动新一代超声AFM在复杂生物环境中的创新应用。

基金支持

本研究得到国家自然科学基金（52375550, 22374129, 62127818）、浙江省自然科学基金（LR25E050002, LR22F050003）及中央高校基本科研业务费的资助。

作者贡献

叶天：综述构思、原创稿撰写与修改；曾彪锋：原创稿撰写；陈健：审阅与修改；唐龙华：审阅与修改及课题构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。

第一作者简介

叶天，浙江大学博士研究生，2022年毕业于东北林业大学获学士学位，研究方向为量子隧道超声传感与超分辨率亚表面成像。