從Z早的指南針到霍爾片，磁場測量一直在生活、科研、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。

精密磁場成像

       人們?yōu)榱诉_(dá)到更高的靈敏度，超導(dǎo)量子干涉儀芯片SQUID、原子蒸氣單元、核磁共振磁等物理學(xué)效應(yīng)相繼被用到磁場探測中來。盡管如此，測磁學(xué)仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。

地球磁場無處不在

       如今，人們迫切需要一種能夠進(jìn)行高空間分辨率、高靈敏度并且能夠?qū)悠繁砻嬉韵绿綔y和成像的探頭，來研究單個細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA或進(jìn)行單分子識別、單原子核磁共振等。

       在保證高靈敏度的前提下，傳統(tǒng)的測磁芯片很難獲得高的空間分辨率，或者縮短與微觀樣品的距離。而對于一些可以達(dá)到高分辨率的系統(tǒng)，其工作條件都要求超低溫和高真空，難以對活體細(xì)胞、病毒等進(jìn)行成像。可以在室溫大氣下成像的原子力顯微鏡、掃描隧道顯微鏡等能夠?qū)悠繁砻嫘蚊策M(jìn)行成像，但無法進(jìn)行表面磁場的成像。

基于NV色心的量子精密測量

金剛石中氮-空位（NV）色心原子結(jié)構(gòu)和室溫下的能級結(jié)構(gòu)

      金剛石（鉆石）氮-空位（NV）色心是指金剛石中的一種特殊的發(fā)光點缺陷，由一個替代的氮原子與其緊鄰的一個碳原子空位組成，是眾多順磁性雜質(zhì)中的一種。

      空位吸引了一個電子，加上氮原子的一個未成鍵電子，組成了一個軌道基態(tài)自旋為1的體系，電子基態(tài)為自旋三重態(tài)，室溫下相干時間可以長達(dá)1.8ms，可以被定位至小于10nm的精度，電子自旋對外界磁場非常靈敏，NV色心與其他待測樣品之間距離可以小于5nm。

      基于以上優(yōu)點，NV色心可以作為一種非常強(qiáng)大的單量子傳感器，該傳感器不僅性能穩(wěn)定，并且可在樣品表面納米級精度掃描成像的同時可保持實驗環(huán)境的高度穩(wěn)定。

QDAFM譜儀

       為了填補(bǔ)高精度、高分辨率磁場成像科研儀器的空缺，國儀量子推出了一款量子鉆石原子力顯微鏡（Quantum Diamond Atomic Force Microscope，簡稱QDAFM）。

量子鉆石原子力顯微鏡

      QDAFM譜儀是一臺基于NV色心和AFM掃描成像技術(shù)的量子精密測量儀器。

      QDAFM譜儀通過NV色心的自旋進(jìn)行量子操控與讀出，可實現(xiàn)磁學(xué)性質(zhì)的定量無損成像。QDAFM具有納米級的高空間分辨以及單個自旋的超高探測靈敏度，是發(fā)展和研究高密度磁存儲、自旋電子學(xué)、量子技術(shù)應(yīng)用等的新技術(shù)。

產(chǎn)品特點

QDAFM產(chǎn)品特點

QDAFM譜儀在量子科學(xué)，化學(xué)與材料科學(xué)，以及生物和YL等研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

微納磁成像

      對于磁性材料，確定其靜態(tài)自旋分布是凝聚態(tài)物理中的重要問題，也是研究新型磁性器件的關(guān)鍵。

      QDAFM提供了一種新的測量途徑，能夠?qū)崿F(xiàn)高空間分辨率的磁性成像，具有非侵入性、可覆蓋寬溫區(qū)、大磁場測量范圍等獨(dú)到優(yōu)勢。

超導(dǎo)磁成像

      對超導(dǎo)體及其渦旋的微觀尺度研究，能夠為理解超導(dǎo)機(jī)理提供重要信息。利用工作在低溫下的QDAFM，可以對超導(dǎo)體的磁渦旋進(jìn)行定量的成像研究，并擴(kuò)展到眾多低溫凝聚態(tài)體系的磁性測量。

細(xì)胞原位成像

      在細(xì)胞原位實現(xiàn)納米級分子成像是生物學(xué)研究的重要手段。在眾多成像技術(shù)中，磁共振成像技術(shù)能夠快速、無破壞地獲取樣品體內(nèi)的自旋分布圖像，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多個科學(xué)領(lǐng)域中。

      特別是在臨床醫(yī)學(xué)中，因其對生物體幾乎無損傷，對疾病的機(jī)理研究、診斷和ZL起著重要的作用。然而，傳統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)使用磁感應(yīng)線圈作為傳感器，空間分辨率極限在微米以上，無法進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)分子尺度的成像。

      利用QDAFM的高空間分辨率特性，研究人員觀測到了細(xì)胞內(nèi)部存在于細(xì)胞器中的鐵蛋白，分辨率達(dá)到了10納米。

拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)表征

      磁性斯格明子是具有拓?fù)浔Ｗo(hù)性質(zhì)的納米尺度渦旋磁結(jié)構(gòu)。磁性斯格明子展現(xiàn)出豐富新奇的物理學(xué)特性，為研究拓?fù)渥孕娮訉W(xué)提供了新的平臺，在未來高密度、低能耗、非易失性計算和存儲器件中也具有潛在應(yīng)用。

      但是室溫下單個斯格明子的探測在實驗上仍具有挑戰(zhàn)性。QDAFM的高靈敏度和高分辨率特點，是解決這一難題的有力工具，通過雜散場測量可重構(gòu)出斯格明子的磁結(jié)構(gòu)。

部分圖片及信息來源于網(wǎng)絡(luò)，參考文獻(xiàn)如下：

1：Tetienne, J. P.et al. Nature Communications6, 6733(2015).

2：Thiel, L. et al. Nature Nanotechnology 11,677-681(2016).

3：Wang, P. et al. Science advances 5, 8038 (2019).

4：Dovzhenko, Y. et al. Nature Communications 9, 2712 (2018).