Chụp cắt lớp đầu dò nguyên tử (APT hoặc 3D Atom Probe) là kỹ thuật phân tích vật liệu duy nhất cung cấp khả năng mở rộng cho cả phép đo hình ảnh 3D và thành phần hóa học ở quy mô nguyên tử (độ phân giải khoảng 0,1-0,3nm theo chiều sâu và 0,3-0,5nm theo chiều ngang). Kể từ những bước phát triển ban đầu, chụp cắt lớp thăm dò nguyên tử đã đóng góp vào những tiến bộ lớn trong khoa học vật liệu.

Mẫu được chuẩn bị dưới dạng một đầu tip rất sắc . Đầu típ làm mát bị "bias" ở điện áp DC cao (3-15 kV). Bán kính rất nhỏ của đầu típ và điện áp cao tạo ra trường tĩnh điện rất lớn (hàng chục V/nm) ở bề mặt đầu típ, ngay dưới điểm bốc bay của nguyên tử. Dưới xung laser hoặc điện thế cao (HV), một hoặc nhiều nguyên tử bị bốc bay khỏi bề mặt do trường hiệu ứng (gần như ion hóa 100%) và được chiếu lên máy dò nhạy với vị trí (Position Sesitive Detector - PSD) có hiệu quả phát hiện rất cao. Hiệu suất ion cao tới 80% là phân tích lớn nhất của bất kỳ kính hiển vi 3D nào.

Sơ đồ trên minh họa nguyên tắc chụp cắt lớp đầu dò nguyên tử, cho thấy mẫu vật được mài nhọn và sắc được kích thích bởi xung laser hoặc điện thế cao (Tpulse) làm tách ion ra khỏi đầu tip và bay tới máy dò vị trí 2D (PSD). Máy dò có độ nhạy vị cao trí sẽ đo thời gian ion đến máy dò (Tevent) và vị trí XY của ion trên PSD.

Như vậy, máy dò cho phép đo đồng thời:

• Thời gian bay của các ion: đo thời gian giữa tia laser hoặc xung điện áp và sự xuất hiện trên PSD của ion cho phép xác định tỷ lệ m/q (tỷ lệ khối lượng trên điện tích).
• Vị trí (X,Y) của ion tác động lên đầu dò: đo vị trí XY và thứ tự đến của các ion trên PSD cho phép tái tạo lại vị trí ban đầu của các nguyên tử trên đầu tip.

Bằng cách lặp lại trình tự này, các nguyên tử dần dần được loại bỏ khỏi đầu tip và hình ảnh 3D của vật liệu có thể được tái tạo ở quy mô nguyên tử.

Dòng sản phẩm CAMECA Atom Probe Tomography bao gồm dòng 6000, với  Invizo 6000 và LEAP 6000 XR và dòng  EIKOS. Đầu dò nguyên tử CAMECA được phát triển với sự hợp tác của GPM - Nhóm nghiên cứu vật liệu - của Đại học Rouen, Pháp.