量子鉆石原子力顯微鏡是一臺基于NV色心自旋磁共振和AFM掃描探針技術的量子精密測量儀器，可實現樣品磁學性質的定量無損成像，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，是研究材料磁學性質的新利器，在磁疇成像、二維材料、拓撲磁結構、超導磁學、細胞成像等領域有著廣泛應用。
量子鉆石原子力顯微鏡應用領域
細胞原位成像
在細胞原位實現納米級分子成像是生物學研究的重要手段。在眾多成像技術中，磁共振成像技術能夠快速、無破壞地獲取樣品體內的自旋分布圖像，已經廣泛應用在多個科學領域中。特別是在臨床醫學中，因其對生物體幾乎無損傷，對**的機理研究、診斷和**起著重要的作用。然而，傳統的磁共振成像技術使用磁感應線圈作為傳感器，空間分辨率極限在微米以上，無法進行細胞內分子尺度的成像。利用QDAFM的高空間分辨率特性，研究人員觀測到了細胞內部存在于細胞器中的鐵蛋白，分辨率達到了10納米。
參考文獻：
Wang, P. et al. Nanoscale magnetic imaging of ferritins in a single cell. Science advances 5, 8038 (2019).
拓撲磁結構表征
磁性斯格明子是具有拓撲保護性質的納米尺度渦旋磁結構。磁性斯格明子展現出豐富新奇的物理學特性，為研究拓撲自旋電子學提供了新的平臺，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用。但是室溫下單個斯格明子的探測在實驗上仍具有挑戰性。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出斯格明子的磁結構。
參考文獻：
Dovzhenko, Y. et al. Magnetostatic twists in room-temperature skyrmions explored by nitrogen-vacancy center spin texture reconstruction. Nature Communications 9, 2712 (2018).
超導磁成像
對超導體及其渦旋的微觀尺度研究，能夠為理解超導機理提供重要信息。利用CQDAFM，可以對超導體的磁渦旋進行定量的成像研究，并擴展到眾多低溫凝聚態體系的磁性測量。
參考文獻：
Thiel, L. et al. Quantitative nanoscale vortex imaging using a cryogenic quantum magnetomete .Nature Nanotechnology.11,677-681(2016).
固態物質磁成像
低溫下許多固態物質表現出不尋常的磁序。NV色心的高靈敏特性覆蓋了從低溫到室溫以上的溫度范圍。CQDAFM可實現當前凝聚態體系中無法實現的納米尺度磁成像，對于研究低溫下固態物質的磁相轉變很有幫助，同時也能兼容超導體的機理研究。
參考文獻：
M. Pelliccione et al. Scanned probe imaging of nanoscale magnetism at cryogenic temperatures with a single-spin quantum sensor. Nature Nanotechnology. 11, 700（2016）
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更新時間：2024-11-18
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