双频EFM（静电力显微镜）在当前的帕克原子力显微镜（AFM）中被设计为一种高效的单次扫描方法，用于同时获取表面形貌和EFM信号，而无需牺牲灵敏度。双频EFM允许形貌和EFM信号的完全分离，因为这两个信号在截然不同的频率上被两个不同的锁相放大器检测（如图2b所示）。针尖通过在悬臂的共振频率ω0处振荡来扫描表面形貌，从而获得非接触模式的形貌图像。同时，通过第二个锁相放大器向针尖施加一个频率为ωtip的交流偏压电压以及一个直流偏压电压。针尖的电激励导致在带偏压的针尖和带电表面之间产生振荡的静电力。第二个锁相放大器将针尖在交流频率ωtip下由静电力引起的运动与在共振频率ω0下检测到的形貌信号解耦。ωtip频率下的幅度和相位包含了关于表面电荷大小和符号的信息。
图3显示了双频率EFM的实验装置示意图，该装置使用额外的第二个锁相放大器来激发和检测低频振荡的静电力。
图3展示了双频静电力显微镜（EFM）实验设置的示意图。EFM信号的附加锁相放大器被嵌入到原子力显微镜（AFM）控制器中，具有两个目的：第一，除了直流（DC）偏压外，还应用交流（AC）电压，其频率为ωtip。第二，从在悬臂梁共振频率ω0处检测到的形貌信号中分离出在ωtip频率上的信号分量，该分量携带EFM数据。在双频EFM中，探针和样品可以视为一个电容器，其振荡的静电相互作用力Fel可以表示为：
探针-样品电容C与距离d和总电压V有关。由于同时在探针和样品之间施加AC和DC电压，探针和样品之间的总电压V由以下方程表示：
其中VDC是DC探针偏压，VS是样品上的表面电位，VAC和ωtip分别是施加AC电压的幅度和频率。将方程1和方程2结合，得到描述静电力的三个项：
这些项可以分为静态DC项（a），以及两个AC项，分别在ωtip（b）和2ωtip（c）。静态DC项很难检测，但用于EFM的第二个锁相放大器可以准确地解耦ωtip处的AC项，以成像样品的静电性质。ωtip处的幅度包含了关于样品静电充电大小的信息，而相位则包含了关于表面电荷符号的信息。
•由于探针-样品距离较小，电负载较小
•由于探针-样品距离小，避免了非局部串扰，从而实现了高空间分辨率
•由于采用单次扫描技术，因而大大节省了时间
图4展示了在涂有PET的纳米线上进行15 μm x 15 μm扫描的AFM高度图像（a）和EFM幅度图像（b）。尽管在PET涂层之后，一些纳米线在高度图像上仍然可见，但由于PET涂层较厚，大多数纳米线无法从表面高度图像中区分出来。然而，在对底部电极施加样品偏压后，交织在一起的纳米线由于具有较高的表面充电，在EFM幅度图像中变得清晰可见。
图5展示了在SiO2上的金电极结构上的EFM测量结果。（a）展示了交错电极结构的示意图，其中交替的电极接地和施加偏压。（b）是AFM高度图像，（c）是EFM幅度图像，（d）是EFM相位图像，展示了带电电极上的对比度，而接地电极上没有对比度。（e）是高度和EFM信号的线轮廓图。
图5展示了在SiO2基底上的Au图案的EFM测量结果。该样品由两个微梳状电极组成。其中一个Au电极接地，而另一个连接到样品偏压。这些电极在Si基底上的100 nm厚的氧化物层上，高度为30 nm（25 nm Au和5 nm Ti），用于交错电极之间的绝缘。
通过向样品施加+0.5 V的DC偏压，接地电极和偏压电极之间的EFM信号可以明显区分开来。
