低温NV色心扫描成像磁强计-attoNVM

低温NV色心扫描成像磁强计-attoNVM

在低温下以纳米分辨率测量磁场，是理解量子磁性与设计新型存储、量子计算材料的关键。NV色心磁强计基于量子传感技术，为高灵敏度磁场测量提供了理想工具。

德国attocube与瑞士QZabre强强联合，推出了商用的干式低温NV色心扫描成像磁强计-attoNVM。通过将先进的硬件与软件无缝集成，用户可在2 K~300 K宽温区范围内实现高效磁成像与磁学定量测量。该系统利用NV色心的本征量子特性进行探测，传感器无需额外校准。

超高磁场灵敏度和光子计数率

→磁成像技术的突破，实现完全定量测量

超低振动和漂移，适合量子应用研究

→长测量周期的极限稳定性

快速安全地更换集成微波天线的NV色心探针

→用户友好的先进扫描显微镜

应用领域

1. 超导材料中的磁通漩涡  

2. 单层二维材料中的磁学成像

3. 磁性薄膜材料中磁学性质测量 

设备参数

1. 设备类型：结合共聚焦显微镜 (CFM) 和原子力显微镜 (AFM) ，微波激发扫描光学磁共振检测 (ODMR)

2. 成像模式：光检测磁共振 (ODMR)，AFM，CFM，宽场，MOKE

3. ODMR 在基底温度的对比度：≥ 8%

4. 激发激光 ：标准515 nm (其他可定制)

5. 共聚焦模块：紧凑的模块化设计，两个光学通道：一个激发通道和一个检测通道

6. 长期稳定性：漂移<100 nm/24h， ΔT =2K

7. 视野范围 ：大约55 µm

8. RMSz噪音水平（带宽 = 200 Hz）:小于0.4 nm（室温）； 小于2.5 nm（低温）

9.  定位步长：0.05..3 µm @ 300 K, 10..500 nm @ 4 K

10. 精细扫描范围：30 x 30 x 4.3 µm³ @ 300 K, 18 x 18 x 2 µm³ @ 4 K

11. 温度范围 ：1.8-300 K（淬灭模式，带光学读出的AFM扫描，微波关闭）；  4-300 K（ cw-ODMR模式）

12. 磁场  ：9-1-1 T 或1-1-1 T

13. 扫描协议： NV scanning mode (cw-ODMR), quench mode, iso-B mode, AFM in contact and fixed height

14. 脉冲协议 ：Rabi, Ramsey Spin-Echo, CPMG, XY4, XY8

15. 兼容低温恒温器attoDRY2200：https://www.qd-china.com/zh/pro/detail/1/1912041697862

16. 样品空间直径：48 mm

设备选件

集成微波天线的高性能NV色心探针

由瑞士QZabre公司设计和制造的带有NV色心的金刚石探针因其在低温下有超高光稳定性和灵敏度而享有盛誉。微波线和金刚石探针集成在同一个载体芯片上，并且已经相互预对准，从而使测量过程和尖端更换尽可能简单。集成微波线不与AFM音叉和悬臂直接接触，以尽量减少加热效应和漂移。

QS3软件：NV色心扫描成像，与AFM测量一样简单

QS3软件基于资深NV磁力仪用户的经验与需求打造，兼具强大功能与用户友好性。其直观的软件界面，让您能快速进入磁成像与电流成像的世界。

主要测量模式：

 荧光光谱测量模式：磁场会改变NV色心的荧光强度，从而指示磁场强弱分布。 此模式仅测量荧光，速度超快，但仅为定性测量。

 Iso-B测量模式：Iso-B模式下扫描时会固定一个或多个微波频率采集荧光强度，因荧光强度与样品产生的磁场相关，最终采集到的荧光信号能以等高线形式呈现磁场分布特征，直观反映磁场的等值分布情况。是一种对小场变化进行定量的快速测量。 

 CW-ODMR测量模式：CW-ODMR模式通过连续施加激光和微波场来绘制荧光响应，从而测量全共振曲线。该模式为完全定量测量，在对比度、计数率和线宽方面有更丰富信息。 

 跟踪模式：磁场的强烈变化会显著改变共振，ODMR的大频率窗口会降低信噪比。为了避免这种情况，该模式采用动态移动的小频率窗口进行追踪测量。

 脉冲ODMR测量模式：在每个频率点，NV色心都用激光脉冲初始化，然后是微波π脉冲和激光读出脉冲。该模式避免了功率展宽效应，更窄的线宽和更高的对比度使其灵敏度优于0.5µT/（Hz1/2）。

低温消色差物镜：LT-APO/532-RAMAN/0.82

attocube公司的低温物镜在低温强磁场拉曼显微镜中已被国内外用户广泛使用，物镜主要参数：

- 数值孔径：0.82

- 透光范围：400-1000 nm

- 消色差范围：520-685 nm

- 工作距离：0.64 mm

MOKE升级：快速检查您的样品

磁光克尔效应（MOKE测量）升级使用户能够在使用NV磁测进行更详细的研究之前对样品进行初步检查。主要特点包括： 

- 包含用于使用偏置光电探测器在H/V基础上进行典型极性MOKE探测的所有光学元件

- 远程可控波片

- BW=500 kHz的探测器

- 集成到QS3软件中

 图片显示BiYI:G（铋钇铁石榴石），样品由QZabre提供

精确的NV色心探针控制：瑞士苏黎世仪器的MFLI控制器

- 从直流到500 kHz或5 MHz进行分析、生成和控制

- 精确测量电流和电压

- 测量时间快，本底噪声低

- 可配置多路辅助输入/输出

- LabOne工具套件，包括示波器、扫频仪和频谱分析仪

应用案例

二维超导体NbSe₂中的磁通漩涡动力学

纳米尺度的磁动力学为理解超导体行为提供了关键视角。德国斯图加特大学的Jörg Wrachtrup教授团队依托attoDRY2200 低震动无液氦磁体与恒温器搭建的低温NV色心磁强计成功对二维超导体NbSe₂中的涡旋动力学进行了探测。测量结果显示，该材料存在一种无序涡旋玻璃相，其在接近临界温度时会发生熔化，并呈现出随冷却速率变化的构型特征。令人意外的是，磁噪声在远低于Tc温度时仍持续存在，且强度随温度降低而增强——这与预期完全相反。通过自旋退相干技术检测到的这种现象，表明其本质源于超电流密度与热涨落之间的竞争机制。本研究结果证实，低温NV色心磁强计已成为研究二维超导体涨落现象的强有力平台。

参考文献：Phys. Rev. Lett. 135, 126001, 2025

原子级层厚 CrPS₄中的可配置反铁磁畴和横向交换偏置

反铁磁体（AFMs）与铁磁体（FMs）之间的界面交换耦合，是实现铁磁体磁滞回线偏移（即交换偏置）及反铁磁体状态切换的关键机制。二维磁体为结合反铁磁（AFM）与铁磁（FM）材料提供了可能性；然而，通过堆叠获得的埋藏AFM-FM界面仍难以理解。近期，美国波士顿学院的Brian Zhou教授团队的通过研究层状反铁磁材料CrPS₄的层内交换耦合机制，揭示了界面调控效应。材料中相邻的偶数层与奇数层形成了反铁磁（AFM）类区域与铁磁（FM）类区域之间的原始横向界面。课题组通过低温NV色心磁强计来区分反相偶数层态（由于弱表面磁化所致）。这种表面磁化使得可以控制偶数层状态，由于它们自身的横向耦合，不同的区域在不同的磁场下切换。研究中把三个相邻的AFM结构域切换到一个类FM区域，展示了可调的多级交换偏置。纳米级可视化研究揭示了交换偏置的微观起源，并推进了二维晶体在混合AFM-FM技术中的应用。相关研究内容以《Configurable antiferromagnetic domains and lateral exchange bias in atomically thin CrPS4 》为题，发表于国际期刊《Nature Materials》。

 参考文献：Nature Materials 24, 1414–1423 (2025)

单层与多层二维材料CrSBr中纳米磁性成像和磁相变

原子级厚度的范德华（vdW）磁体自2017年被观测以来，在基础研究和应用领域都备受瞩目。然而，其低温有序化温度Tc、对大气环境的敏感性以及制备洁净大面积样品，仍是阻碍其进一步发展的主要瓶颈，这在范德华磁性半导体领域尤为突出。具有优异稳定性的高Tc范德华磁体CrSBr有望突破这些关键限制，但其纳米尺度特性与丰富的磁相图仍不甚明了。瑞士巴塞尔大学的Patrick Maletinsky教授课题组通过低温NV色心磁强计，采用直接磁成像法对少层CrSBr的饱和磁化强度、磁各向异性常数及磁相变进行定量表征。实验结果揭示了微米尺度上无缺陷的纯净磁相，并证实其在单层极限下展现出卓越的空气稳定性。此外，通过对双层CrSBr中反铁磁有序区与完全排列自旋区域的相共存进行成像，进一步研究了其自旋翻转转变现象。这项工作为在CrSBr中构建奇异电子磁相，以及基于这种极具潜力的范德华磁体开发新型纳米磁器件提供重要技术支撑。

参考文献：Nature Communications  15: 6005 (2024)

原子级薄CrBr₃中的磁畴和畴壁钉扎

原子级厚度范德华磁体的出现为二维磁性及其应用研究提供了新平台。然而，近期研究中广泛使用的测量方法既无法提供磁化强度的定量信息，也无法实现纳米级空间分辨率。这些能力对于探索磁畴和自旋纹理的丰富特性至关重要。德国斯图加特大学Jörg Wrachtrup教授课题组采用低温NV色心磁强计，利用金刚石探针中氮空位中心的单电子自旋，明确证明了磁畴的存在并研究了原子级厚度CrBr3中磁畴的动力学。通过控制磁畴随磁场变化的演化，我们发现钉扎效应是主导的矫顽机制，并测得CrBr₃双层膜的磁化强度约为每平方纳米26玻尔磁子。该技术的高空间分辨率使磁畴成像成为可能，并能定位钉扎畴壁和引发反向畴的缺陷位点。该工作强调了低温NV色心磁强计作为定量探针在二维磁体纳米尺度特征研究中的应用。

参考文献：Nature Communications 12 : 1989 (2021)

测试数据

磁畴-金属多层Ir/Fe/Co/Pt样品

在 T = 2.9 K 的温度下，通过CW-ODMRM模式获得的Ir/Fe/Co/Pt多层样品的磁场分布图。探针尖端与样品间距为50 nm，像素间距为20 nm。数据未经任何后处理。样品由Anjan Soumyanarayanan教授（A*STAR，新加坡）提供。

Abrikosov涡旋：BSCCO-2212样品 

在 T = 71 K 的温度下，通过CW-ODMRM模式对BSCCO-2212样品进行磁通涡旋成像，测量时针尖与样品保持接触。样品预先在 Bz = 3.7 mT 下进行场冷却，并在沿NV轴方向施加 B = 7 mT 偏置场的条件下进行测量。扫描像素间距为 66 nm，总测量时间为 2小时40分钟。测量结果显示有26个涡流，与28.6个涡流的预期值非常吻合。

二维材料：范德瓦尔斯磁体

在T=70 K下，通过CW-ODMR模式测量扭转两层-双层CrSBr中的磁畴图像，针尖与样品距离为100 nm。扫描分辨率为75×100像素，耗时6小时。样品由Alexander Högele教授（慕尼黑大学）提供。

Abrikosov涡旋：YBCO样品

在 T = 3 K 下，通过CW-ODMR模式测量YBCO薄膜中的磁涡旋，针尖-样品接触模式测量。样品在Bz=1.18mT下进行场冷却，并在沿NV轴方向施加 B = 1.84 mT 偏置场中进行测量。扫描像素距离为66 nm。测量时间为4h。测量结果显示有9个涡流，与理论预期值 9.14 个 高度吻合。

磁畴-金属多层Ir/Fe/Co/Pt样品

在T=3 K下，通过CW-ODMR模式采集的Ir/Fe/Co/Pt多层样品的磁畴图，针尖与样品距离为30nm。Cristian Bonato教授（英国赫瑞瓦特大学）团队完成的测量。  

CrSBr中反铁磁畴壁

在T=115 K下，通过CW-ODMR获取的反铁磁样品CrSBr中畴壁图像，探针与样品距离为70nm。Cristian Bonato教授（英国赫瑞瓦特大学）团队完成测量。

发表文章

• Ruoming Peng, et al. Probing Vortex Dynamics in 2D Superconductors with Scanning Quantum Microscope . Phys. Rev. Lett. 135, 126001, 2025

• Brian B. Zhou, et al. Configurable antiferromagnetic domains and lateral exchange bias in atomically thin CrPS4， Nature Materials 24, 1414–1423 (2025)

• Patrick Maletinsky, et al. Imaging nanomagnetism and magnetic phase transitions in atomically thin CrSBr.Nature Communications  15: 6005 (2024)

• Rainer Stöhr, et al. Magnetic domains and domain wall pinning in atomically thin CrBr3 revealed by nanoscale imaging. Nature Communications 12 : 1989 (2021)

• Patrick Maletinsky, et al. Probing magnetism in 2D materials at the nanoscale with single-spin microscopy. Science 364, 973–976 (2019)

用户单位

低温NV色心扫描成像磁强计-attoNVM信息由清砥量子科学仪器（北京）有限公司为您提供，如您想了解更多关于低温NV色心扫描成像磁强计-attoNVM报价、型号、参数等信息，欢迎来电或留言咨询。