Obdobně jako je možná spektroskopie energetických stavů u STM, je možno získávat informace v AFM při různých hodnotách síly. Zpravidla se však postupuje trochu jinak, po jednotlivých bodech a spektroskopie se provádí pomocí cyklu přiblížení–oddálení. Během cyklu se měří závislost ohybu nosníku na prodloužení piezokeramiky, která je ovlivněna působícími silami. Označuje se jako F–d křivka, ale na sílu je ji možné převést až po kalibraci nosníku.
 |
| F–d křivka. |
Je zřejmé, že v daleké oblasti, kde není interakční síla, bude graf závislosti rovnoběžný s osou prodloužení (vyjma náhodných fluktuací původu tepelného nebo setrvačnostního), přibližováním se začnou projevovat dalekodosahové přitažlivé síly (např. elektrostatické) a přímka se začne zaoblovat dolů (předpokládáme, že přitažlivost se projeví „záporným“ ohnutím). V okamžiku přiblížení na takovou vzdálenost, že začnou působit i silnější síly krátkého dosahu, získá křivka strmější sklon a v určitém okamžiku se projeví nestabilita a nosník přiskočí k povrchu. Jsou-li obě tělesa z dokonale tuhých materiálů, začnou se od této chvíle pohybovat společně a dalším přibližováním vzniká přímka se sklonem 1, rostoucí ke kladným ohnutím (přeruší ji až ulomení nosníku, ale to už není o spektroskopii). Pro běžná tělesa vypovídá sklon křivky o elastických vlastnostech.
Ve fázi oddalování bude nejprve závislost sledovat svou přibližovací část, ale pak bude pokračovat dále do oblasti přitažlivých sil, takže na křivce vznikne hystereze. Ta je způsobena držením hrotu např. ve vrstvě kapaliny, kterou je vzorek pokryt a která se táhne za vzorkem. Dá se tudíž očekávat, že hystereze čistého a pevného vzorku bude nejnižší ve vakuu. K odskočení nosníku od povrchu dojde náhle, po přetržení sloupce vody, ale ve větší vzdálenosti než k přiskočení. Při dalším odtahování bude závislost opět sledovat svoji přibližovací část.
Zmíněná hystereze nemusí vykazovat jen jeden odskok. Bude-li povrch pokryt zkondenzovanou vodou, na níž je ještě vrstvička oleje, objeví se na křivce odskoky dva. Totéž se může projevit v atomárním měřítku, kde je možno pozorovat přerušení jednotlivých vazeb mezi hrotem a vzorkem, popř. přetrhávání molekulárních řetězců. Interpretace je však mírně ztížena dynamickým charakterem měření.
Při realizaci spektroskopie si musíme uvědomit, že měříme signál fotodiody, nikoliv ohnutí nosníku. Vzájemně je lze převést jen tehdy, bylo-li dosaženo oblasti lineární stlačitelnosti (zde je každá změna posuvu piezokeramiky rovna změně ohnutí).
Poznámka: Pohledem na F–d křivku lze lehce určit oblasti jednotlivých režimů. Bezkontaktní měření se provádí napravo od prvního přískoku, kontaktní měření se provádí buď v lineární části v oblasti odpudivých sil (jak vyplývá z její definice), nebo i v lineární částí před odskokem, kde působí síla přitažlivá. Poslední možnost se používá především pro velmi měkké vzorky.